唐建國(guó)：污泥穩(wěn)定化處理產(chǎn)物轉(zhuǎn)化機(jī)理及可利用價(jià)值揭示

時(shí)間： 2019-01-28 14:37

來源：亞洲環(huán)保網(wǎng)

作者：唐建國(guó)

熒光圖譜分析佐證了這一過程：一次發(fā)酵，多糖蛋白質(zhì)等降解，合成富里酸;二次發(fā)酵過程，富里酸縮合成腐殖化中間產(chǎn)物和胡敏酸;陳化過程，腐殖化中間產(chǎn)物聚合成大量胡敏酸。

5、污泥穩(wěn)定化程度的判定

腐殖酸含量：反映產(chǎn)物的價(jià)值;

CI指數(shù)：反映蛋白質(zhì)的降解程度和腐殖酸的合成率。

污泥穩(wěn)定化程度的判定方法：

1. 穩(wěn)定化產(chǎn)物中的腐殖酸總量，富里酸和胡敏酸之和≥150 mg/gVS;

2. 穩(wěn)定化產(chǎn)物的熒光穩(wěn)定化指數(shù)≥5.0;

認(rèn)為厭氧消化或好氧發(fā)酵達(dá)到穩(wěn)定化水平，否則未達(dá)到穩(wěn)定化水平。

優(yōu)點(diǎn)

(1)充分考慮了簡(jiǎn)單有機(jī)物的降解和復(fù)雜有機(jī)物的合成;

(2)充分體現(xiàn)了穩(wěn)定化產(chǎn)物的生態(tài)利用價(jià)值(生物腐殖酸);

(3)有效避免了進(jìn)泥泥質(zhì)的差異和添加輔料的影響。

結(jié)合各廠的實(shí)際運(yùn)行情況，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，初步得出，當(dāng)穩(wěn)定化過程腐殖酸含量增幅大于20%，產(chǎn)物中腐殖酸含量高于150 mg/gVS，此時(shí)，CI指數(shù)大于5.0。

污泥穩(wěn)定化過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理解析

1、穩(wěn)定化過程多糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分解原理

(1)蛋白質(zhì)的降解過程

? 無氧條件下：蛋白質(zhì)水解為氨基酸，一種氨基酸作為氫的供體，進(jìn)行氧化脫氨，另一種氨基酸作氫的受體，進(jìn)行還原脫氨，兩者偶聯(lián)進(jìn)行氧化還原脫氨。(Stickland反應(yīng))

? 有氧條件下：蛋白質(zhì)水解為氨基酸，氨基酸脫氨基生成乙酰輔酶A，再進(jìn)入三羧酸循環(huán)，氧化為CO2和H2O。

(2)多糖的降解過程

?無氧條件下：葡萄糖或糖原通過EMP(己糖二磷酸途徑)、HMP(己糖磷酸途徑)或ED途徑(2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸途徑)酵解為丙酮酸，然后丙酮酸在厭氧條件下被各功能厭氧微生物經(jīng)不同代謝途徑形成多種短鏈脂肪酸代謝產(chǎn)物。

? 有氧條件下：丙酮酸在有氧條件下先轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，再進(jìn)入三羧酸循環(huán)，氧化成CO2和H2O。

物質(zhì)降解過程圖解

3、穩(wěn)定化過程腐殖酸類物質(zhì)的合成原理

(1)糖-胺合成理論

Maillard和Marcusson等人認(rèn)為，纖維素被微生物分解后形成低分子糖類，隨后經(jīng)芳構(gòu)化形成縮合芳環(huán)，進(jìn)而形成腐殖酸類物質(zhì);同時(shí)，微生物代謝產(chǎn)物中含氮化合物的氨基，與還原糖中的醛基縮合形成氨基葡萄糖，進(jìn)而聚合成無定型的“黑蛋白素”，認(rèn)為就是腐殖酸類物質(zhì)。

(2)木質(zhì)素-蛋白質(zhì)合成理論

Waksman等人認(rèn)為，木質(zhì)素失去甲氧基生成鄰位羥基，苯酚脂肪鏈被氧化成羧基，酚被氧化成醌，再與氨類和含氮有機(jī)物一起在微生物的作用下發(fā)生縮合反應(yīng)，生成腐黑物，再形成胡敏酸，最后形成富里酸。同時(shí)，微生物將一部分不穩(wěn)定組分降解為二氧化碳和水。

(3)木質(zhì)素-丙酮醛-氨基酸合成理論

Enders等人認(rèn)為，木質(zhì)素不僅本身可以生成胡敏酸，而且纖維素、半纖維素被微生物分解為丙糖，再氧化為丙酮酸;丙酮酸與蛋白質(zhì)(來自死亡動(dòng)、植物)降解得到的氨基酸，以及木質(zhì)素降解生成的酚類，共同縮合成富里酸，然后再聚合成胡敏酸，最后形成褐煤。

(4)多酚合成理論

Flaig和Stevenson發(fā)展了Enders理論，強(qiáng)調(diào)纖維素、半纖維素的葡萄糖苷、單寧酸以及其他非木質(zhì)素物質(zhì)，只要能被微生物利用，幾乎都能轉(zhuǎn)化為多酚，它們?cè)诙喾友趸傅淖饔孟罗D(zhuǎn)化為醌，再與氨基化合物反應(yīng)，縮合成富里酸，最后聚合成胡敏酸和腐黑物。

目前，土壤學(xué)家和煤化學(xué)家普遍認(rèn)同多酚合成理論，該理論肯定了腐殖酸合成的復(fù)雜性和多樣性。

用多酚合成理論解釋污泥在穩(wěn)定化過程中腐殖酸類物質(zhì)的合成原理

細(xì)菌在一定條件下(長(zhǎng)泥齡、高溫等)發(fā)生細(xì)胞裂解，胞內(nèi)多糖物質(zhì)和胞外游離的有機(jī)碳化合物在氧化酶的作用下，被微生物轉(zhuǎn)化為酚類，一部分酚類直接聚合成腐殖酸類物質(zhì)，一部分酚類在多酚氧化酶的作用下轉(zhuǎn)化成醌類和酮酸，再與氨基化合物反應(yīng)，縮合成多環(huán)體系，即富里酸，最后聚合成胡敏酸和腐黑物。