污泥厌氧消化中砷形态转化机制及其环境意义

Measures should be taken to deal with the huge amount of municipal sludge in nowadays China. Anaerobic digestion is an efficient method for reduction and stabilization of sewage sludge and is widely used currently. However, possible arsenic speciation transformation during the anaerobic digestion process increases the environmental risk of the anaerobic digestion product and affects its land application. The processes of arsenic species transformation and the driving mechanism should be clarified so that proper measures can be found for arsenic removal. In the project, we try to make clear the mechanism involved in arsenic speciation transformation, the adsorption and distribution of arsenic species in sludge colloid at different temperature in anaerobic digestion by the indoor simulation of two-phase anaerobic fermentation technology, combined with liquid chromatography-hydride generation - atomic fluorescence spectrometry technique (HPLC-HG-AFS ) and microbiological method. The effects of the adsorption of As (V) by Fe (III) compounds and the reductive dissolution of iron-arsenic compounds on arsenic release will also be investigated. Through these studies, the project will reveal the mechanism for driving arsenic speciation transformation by methanogenic and sulfate-reducing bacteria. The study will contribute to the harmless treatment and utilization of sludge as well.

城市污泥的大量产生迫切需要科学、妥善的污泥处理方式，厌氧消化是污泥减量化、稳定化的常用手段之一，在我国发展潜力巨大。但污泥中的砷在厌氧消化过程中形态不断发生变化，对污泥的安全土地利用存在很大风险。阐明污泥厌氧消化过程中砷的形态转化特征及其驱动机制是采取合理措施除砷的理论基础。本项目以城市污泥为研究对象，通过室内模拟两相厌氧发酵工艺，以及液相色谱-氢化物发生器-原子荧光联用技术（HPLC-HG-AFS）和微生物学手段，研究不同消化温度下活性污泥中砷的形态转化特征及在胶体上的吸附与分布，揭示Fe(III)化合物对As(V)的吸附和铁-砷化合物的还原性溶解对砷释出的影响，探讨产甲烷菌与硫酸盐还原菌对砷形态转化的驱动机制，为污泥的无害化处理和资源化利用提供理论参考。

城市污泥的大量产生迫切需要科学、妥善的处理方式，厌氧消化是污泥减量化、稳定化的常用手段之一，在我国发展潜力巨大。但污泥中的砷在厌氧消化过程中形态不断发生变化，对污泥的安全土地利用存在很大风险。.本项目以城市污泥为研究对象，采用实验室模拟污泥厌氧消化工艺，结合化学分析及高通量测序等手段，研究城市污泥厌氧消化产气效率、厌氧消化过程中泥质变化及砷的形态转化特征，重点研究了污泥中水溶性有机物、Fe(III)化合物对As(V)的吸附以及铁-砷化合物的还原性溶解对砷释出的影响及污泥厌氧消化过程中砷形态转化的微生物驱动机制，该研究对污泥厌氧消化过程中砷的控制有一定的指导意义。.研究了不同接种量及C/N比条件下污泥的厌氧消化产气规律，并分析厌氧消化前后泥质的变化。结果表明，秸秆的加入和接种比例的提高使污泥产气效率明显提高，同时，厌氧消化改变了污泥的理化性质。研究了不同底物浓度对城市污泥厌氧发酵产气效率的影响。结果表明，相同质量的浓缩污泥厌氧发酵产气效率低于脱水污泥，但单位质量浓缩污泥的发酵效率则优于脱水污泥。研究了不同预处理对污泥厌氧发酵效果的影响。结果表明，碱处理的发酵效率最高；污泥经厌氧消化后可显著降低氮、STOC和毛细吸水时间，并对重金属有一定的稳定作用。研究了蚯蚓对原始脱水污泥的适应、处理能力及经蚯蚓处理后泥质特性，并与原始脱水、湿发酵、干发酵处理的污泥进行对比，发现厌氧消化、蚯蚓生态处理均可使它们的形态含量分布发生改变。.研究发现Fe(III)化合物对废水中的砷具有较强的吸附作用，在pH 3~9范围内铁砷比越大，水中砷的去除率越高，但在吸附后较易通过厌氧还原溶出，还原后砷的溶出率与铁的溶出率呈正相关，最大相关系数高达0.98。在污泥的厌氧消化过程中，污泥中As(V)被还原成As(III)，且在厌氧发酵第20天时还原转化率最高达90%，污泥浓度越高As(V)转化率越高。同时，Fe(III)被还原为Fe(II)，使得Fe(OH)3之前吸附的砷大部分释放回溶液。.研究了水溶性有机物（DOM）在污泥厌氧消化过程中对As(V)的转化的影响。DOM能与无机砷结合，DOM浓度与溶解态砷的含量呈正相关。厌氧环境下污泥中砷的释放是由硫酸盐还原菌(SRB)、铁还原菌Geobacteraceae和砷还原菌Geobacter共同作用的结果；同时在厌氧系统污泥中，富集的微生物中优势种属还包括了St