背景：
由于我国长期“重水轻泥”思想及技术与资金的短缺，城镇污水处理的同时污泥的处置了一大难题；而与城镇污泥相比，我国制革、电镀等行业所产生的污泥，成分更为复杂。污泥的不规范处置已成为我国水环境和土壤中一个新的环境污染源。“十二五”期间我国就投资347亿元用于污泥处理处置。“十三五”时期，污泥处理处置仍是重点。污泥高含水率和重金属的存在已成为制约我国污泥处置与资源化的一个瓶颈，而生物沥浸技术被证实是一种既能提高污水脱水性能又能去除重金属的生物方法，也在工程上得到了应用。
简介：
污泥生物沥浸及资源化利用技术是将城市污水处理厂的浓缩污泥(含水95-98％)泵入接种有专门复合微生物的生物沥浸反应池中，并投加少量营养物质，经曝气处理约48h，使污泥pH降至2～4.5，完成除臭，杀灭病原菌，脱出重金属及大幅改善污泥脱水性的生物处理过程。处理后污泥不加任何絮凝剂一步压滤脱水至含水率60%以下，污泥的肥效和热值却没有发生明显的损失。脱水后的污泥仅需掺入极少辅料后，就可进行好氧堆肥发酵。腐熟的污泥可作为营养土、有机肥用于土壤改良和园林绿化等。
主题：污泥生物沥浸及资源化利用技术话题：1、研究简介及背景介绍2、市场分析及定位3、污泥生物沥浸及资源化利用技术工艺介绍4、案例分享
嘉宾介绍1、周立祥教授，博士，南京农业大学资源与环境科学学院教授，博士生导师。南京农业大学环境工程学科点点长,固体废弃物研究所所长，教育部高等学校环境工程教学指导委员会委员(2006～2010)，全国勘察设计注册环保工程师资格考试专家组成员(2009～至今)，中国土壤学会土壤化学专业委员会及土壤环境专业委员会副主任委员（2004～至今）。从事市政与工业污泥处理处置研究近30年(1987～至今)，主编有全国高等学校环境工程专业教材《固体废物处理处置与资源化》（2007）。1999年起研发污泥生物沥浸技术，2004年实现中试工程运行，2010年起成功推向工程应用。与北京中科国通环保工程技术股份有限公司合作，该技术巳在我国许多污水处理厂和工业企业得到实际应用。该技术2013年入选《国家战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，2015年入选《国家先进污染防治示范技术名录》。
2、李永红副教授，博士后，郑州大学药学院副教授，郑州大学环境生态工程研究所副所长，郑州源致和环保科技有限公司副总经理，致力于环境微生物领域研究。为企业服务的内容包括：用于景观水、生活污水和工业污水处理、污泥处理用的微生物营养剂及各种高效微生物菌剂。
精彩内容第一部分：分享嘉宾-李永红老师
一、污泥资源化利用技术
1、污泥处理方法
现在我国大部分的污泥都没有得到合理的处置，采用比较多的方式是填埋，而填埋重金属及其他有害物质有可能下渗，进一步污染环境；现在的污泥技术压滤之后含水率在80%左右，污泥比较松软，填埋下去的污泥容易出现皱褶，运输的机械还会发生滑坡。因此，填埋是不太提倡的一种处理方式。因此寻找其他技术还具有很大的市场。
污泥处理其他方法有发电、干化或其他等。焚烧会产生一些气体污染，成本也比较高，干化和发电也是成本比较高；因此，污泥资源化是比较有前景的处理方法，相当于是变废为宝。目前现有的资源化处理方法就是堆肥。
2、生物沥浸与堆肥相结合
市政垃圾、餐厨垃圾堆肥运营比较普遍，污泥堆肥应用还较少。
通过生物沥浸将污泥减量后，处理后因为含水率降低，重量和体积都减小，后续填埋，运输费用会降低；与干化相结合，含水量低，需要的能源也低，成本降低；与发电相结合，也会降低成本。
现在市政的污泥处理需要加入PAM，将含水率降低到80%，而生物沥浸处理污泥不要加入PAM，每吨污泥成本会降低50元左右。此外，PAM对自然界和人体也会造成一定的危害。
目前，污泥压滤还有一种方法，即化学法加入铁，污泥含水率也可降低到60-70%，但是这样处理以后，污泥中无机质含量比较多，堆肥效果不太好。此外，污泥的pH较高，亦不适合堆肥。
生物沥浸技术处理的污泥可以做到减容，但有机质含量没有减少，因此用于堆肥，是其优势之一。
对于堆肥来讲，重金属是一个问题，这种技术可以去除重金属，如果压滤出来的重金属超标，可以加入碱使重金属沉淀；另外最近有一种新的纳米材料可以吸附重金属，吸附之后材料还可以回收，通过这一方法，也可将压滤液中的重金属除掉。这样出来的重金属虽是危废，但是量非常小。
由于生物沥浸处理后污泥中的寄生虫、有害菌、虫卵能够被杀死，用于堆肥也能够解决一个隐患。
3、这一技术市场分析与定位
生物沥浸技术与堆肥相结合主要适用于市政污泥，因为市政污泥重金属含量一般不超标，用于堆肥比较安全的。另外这一方法还适合重金属超标但用其他方法不能处理的污泥。
生物沥浸技术的目标客户：现有的想要改进技术的污泥处理厂，大型的污水处理厂（有能力建立一个污泥处理厂的，特别是与堆肥相结合的），若是小型污水处理厂且已有一定的污泥处理，考虑这一技术的可能性会比较小。
就上述几方面来看，污泥生物沥浸技术的市场空间也是很大的。
4、堆肥技术
经过生物沥浸的污泥，形成的泥饼含水率60%以下，可以直接粉碎，然后对其成分进行分析，补入其他的一些材料，若污泥含氮磷多，含碳少（如生活污水处理厂污泥），可以补入秸秆；含氮少，不缺碳（如造纸厂污泥），可以补入畜禽粪便。然后调整一定的碳氮磷比例、调整一定的水分，混匀后加入堆肥专用菌剂，便可进行堆肥。
污泥资源化利用主要有进行堆肥处理。按照堆肥技术的复杂程度，堆肥系统可分为条垛式堆肥系统、强制通风静态垛系统、发酵槽系统（或反应器系统）。条垛式系统，应用比较多，成本低；槽式系统比较容易控制工艺。如果用条垛式进行堆肥就可以控制在很低的成本。目前，这种污泥堆肥还不允许用于农田，如果可以采取有效措施除去污泥中的重金属或者保证堆肥以后产品中的重金属含量不超标，这一产品用于农田也不是绝对不可能的；比如用新型纳米材料去除重金属，就有用于农田的。
第二部分：分享嘉宾-周立祥老师
一、污泥生物沥浸技术发展历史和它的故事
生物沥浸技术（bioleaching）其实是源于生物湿法冶金的一个概念。
上世纪40年代末期，一个名字叫ColmerAR的科学家在一个煤矿的酸性废水中发现一株生长良好的氧化亚铁硫杆菌。
50年代开始，许多学者研究将其用于冶金上，来提取低品质的矿石或者矿山尾矿和废石中的目的金属。因为低品位的矿石用常规的焙烧方法成本太高，而用这个酸性硫杆菌菌液不断喷淋破碎后并堆砌成矿石堆的矿石表面来提取目的金属，则能大幅度降低成本。并由此发展出一个新的学科分支——生物湿法冶金学（Biohydrometallurgy）。从上世纪80年代中期开始，该生物湿法冶金正式实现了产业化应用，目前全世界，通过该法开采的铜、铀、金分别占总量15-30%、10-15%、20%。
1988年开始，加拿大Tyagi教授等人开始研究利用该嗜酸性硫杆菌将城市污泥中重金属浸提出来，发现该菌的确能够很好地把污泥中重金属提取出来，但时间很长，通常要1-2周，且长期运行微生物并不稳定。
1999年，我们南京农大课题组恰好受托研究处理含重金属铬很高的浙江海宁某制革污泥的课题，于是从制革污泥和城市污泥中分离了一系列的化能自养型硫杆菌，研究提取制革污泥中的铬。在此过程中又分离到系列的耐酸性异养菌。将两类菌复合，获得很大成功，很好解决了嗜酸性硫杆菌在污泥环境中不稳定的弊端。于是我们借用生物浸矿的Bioleaching应用于制革污泥重金属提取上，并将Bioleaching中文翻译为“生物淋滤”（该名字一直沿用到2006年）。
2004年我们正式建成批处理20吨制革污泥（含水率98%）的生物淋滤制革污泥铬回收中试基地，铬溶出率高达95%，污泥中铬回收率可达80%以上，先后处理制革污泥1000多吨。回收的铬再生作为鞣革剂复用于制革企业，去除铬的“洁净”污泥用于园林绿化或焚烧。
在研究过程中，我们发现如果用于污泥中重金属的去除或提取，用“生物淋滤”一词描述Bioleaching这个原本用在生物浸矿上的名词似乎总感觉到词不达意，因为它在浓缩液态污泥处理上并没有微生物菌液“喷淋”或“淋滤”的过程，而是微生物与液态污泥一起混合反应逐渐将污泥中重金属溶解出来的构成。因此，2007年以后我们根据这个意涵再结合Bioleaching的读音，意译（Bio-生物）加音译（leaching-沥浸）为污泥“生物沥浸”。因此，2007年及以后我们发表的所有文章都将其更名为“生物沥浸”，这就是我们污泥生物沥浸技术命名的最初来由。
在制革污泥无害化研究中，我们惊奇地发现，生物沥浸过程不但能把重金属提取出来，对消除制革污泥恶臭和杀灭病原菌有极为显著的效果，而且明显改善了污泥脱水性能。生物沥浸后用隔膜厢式压滤机就可将污泥一步脱水到含水率60%以下，而不需要添加任何高分子絮凝剂。2008年前后，恰好全国城镇污泥处理问题开始凸显，其中一个面临的最大问题就是如何将污泥深度脱水后减量。鉴于城镇污水处理厂多污泥产量大，又受到高度重视，因此，我们迅速转变了研究思路，专攻城镇污泥深度脱水的问题。我们意识到，由于是生物方法处理，污泥脱水后泥质好，对后续资源化或处置很有帮助，因此一定会有更广阔市场。
于是，2009年开始，我们自己募集资金，在无锡市排水处、景津压滤机集团公司等大力支持下，在无锡太湖新城污水处理厂建立了国际上第一个具有生产性规模（日处理5万吨污水所产生的污泥）城镇污水处理厂污泥生物沥浸处理的示范工程。
2010年8月24日该示范工程正式投入运行，一周调试后达到预期处理目标，随后接受了环保部、住建部和许多省市主管部门的领导以及行业专家的现场考察。加拿大Tyagi教授在2011年5月初也来到现场考察，他说国际上之所以没有污泥生物沥浸的实际工程，包括他自己课题组后来之所以没有继续做污泥生物沥浸的研究，是源于当地污泥越来越“干净”（重金属不超标），认为用这个方法去除重金属已经没有实际应用价值。而我们却正是得益于利用中试工程平台研究制革污泥重金属去除时，偶然发现生物沥浸在脱水上有很大功效才最终发展和推动了污泥生物沥浸技术的应用。为使得该工艺更加优化和发现问题，我本人带着我的几个博士生和硕士生，就住在生物沥浸反应器旁边的工棚中8个多月，既当研究者又当操作工（我们当时没有请工人），获得了大量的第一手宝贵资料，我们就是在工地现场迎来了2011年的春节，也是我们毕生不会忘记的一次春节。因为我们是用研究生的手机在生物沥浸反应池边看的春节联欢晚会，看完后又需要测试各指标和做好第二天进泥等准备，大年初一，无锡市排水处领导专程来现场慰问了我们。
2011年5月，我们正式将生物沥浸专利技术连同这个已经连续运行8个来月的示范工程以独占许可形式完整地移交给合作伙伴——北京中科国通环保工程技术股份有限公司。在双方的共同努力下，该技术在全国各地开始应用，截止目前，通过该技术，污泥处理量达到2200万/日，预计今年年底达到3000吨/日。
二、生物沥浸技术基本原理
基本概念：
生物沥浸是一种源于微生物的技术，污泥生物沥浸工艺是在城市污水处理厂的浓缩污泥(含水97％左右)中接种复合微生物，在运行中投加一定少量的营养物质，曝气处理约48h，使污泥pH降至2～5（取决于是否要去除重金属），完成生物沥浸过程。
复合微生物组成：
1）嗜酸性自养菌以硫杆菌为主，是生物沥浸技术的主要工作微生物，如嗜酸性氧化硫硫杆菌、铁氧化钩端螺旋菌等等。这类菌以二氧化碳做碳源，不能利用和分解有机物，这些菌除需要常规的N,P,K,Ca,Mg等外，还需要利用还原性硫如硫代硫酸钠、硫磺粉、硫化铁（FeS2）、亚铁等做能源物质。
2）嗜酸性异养菌包括耐酸性的红酵母菌、地霉属、丝状真菌等等大概有五六种。这些菌以污泥中溶解性小分子有机物为碳源，不能利用二氧化碳做碳源。
两类微生物复配原因：主要工作微生物为嗜酸性硫杆菌，为自养菌，自身是不分解有机物，不以有机物为碳源，以二氧化碳为碳源。特别是污泥中的小分子水溶性有机物，是对自养菌有毒的。污泥与矿石的区别，就是矿山有机物含量低，而污泥有机物含量高，如果长期运行就会使自养菌退化，不稳定。因此污泥中的有机物特别是水溶性的小分子有需要匹配一部分耐酸性异养菌，在酸性条件下，将污泥中小分子有机物作为碳源供自身代谢并分解成二氧化碳，消除对第一类微生物的毒性，放出的二氧化碳又供给第一类微生物做碳源，促进第一类微生物更好在污泥环境中生长和发挥作用。
由于两类微生物复配，因此需要匹配特殊的营养物质。除了氮磷钾钙镁之外还需要包括硫代硫酸盐、硫粉等能源物质，也需要添加少量特殊的有机物。
1、溶出重金属原理：
污泥中重金属以硫化物、碳酸盐形式和有机结合态等不溶性形态存在。在硫杆菌作用下，污泥pH会降低，难溶性的硫化物会氧化为可溶性的硫酸盐，难溶性重金属就会从污泥里溶解进入水相，进入水相的重金属，往往可加沉淀剂进行沉淀去除。但污泥中重金属严重超标时，可启动溶出重金属的这个反应。
2、促进污泥脱水原理：
常规的剩余活性污泥是菌胶团，都由异养菌组成，异养菌会分泌很多胞外聚合物（EPS），EPS的亲水性非常强，即EPS越多，污泥越难脱水。因此，剩余活性污泥直接脱水想要达到含水率80%以下是十分困难的，除非采用极端条件。
而生物沥浸技术中的自养菌特征是个体小，且分泌的EPS是异养菌的1/10，所以想方设法让自养菌在污泥脱水体系中占绝对优势，这样就能使自养菌替代原来的异养菌，成为优势菌。这样会使原来活性污泥中的菌胶团破碎，包裹在其中的毛细管水会释放出来，又由于低的EPS，会使得污泥很好脱水。因此，以自养菌为主的生物沥浸污泥不需要加任何絮凝剂，可脱水到60%以下。
我们也使用其他自养菌做过验证试验，例如，我们设法使硝化细菌这个自养菌在污泥中变成优势菌，污泥的脱水性能就明显变好。这说明微生物的替代效应（用自养菌替代污泥原有的异养菌）能够促进污泥脱水。
硫杆菌氧化还原性硫产生硫酸，降低pH，也会促进污泥脱水。这是由于污泥表面颗粒带负电荷，pH的降低恰恰提高了H+浓度，污泥颗粒表面负电荷被中和后污泥易于聚沉和絮凝，促进了污泥脱水。
此外，污泥生物沥浸过程中产生的次生矿物在一定程度上也促进了污泥脱水，但微生物的替代效应、pH降低应该起主导作用。
3、除臭原理
硫杆菌具有很强的氧化性，硫杆菌能够将硫化物、硫化氢、氨氧化，这些往往是导致污泥发臭的物质，由于硫杆菌的氧化作用，因此除臭效果好。因为生物沥浸创造的低pH和氧化环境，会使得病原菌不适应这一环境，因此有杀菌作用。
生物沥浸技术功效：1、创造的低pH环境可高效去除重金属；
2、能明显消除恶臭、除病菌；
3、不需要加任何化学絮凝剂，可直接一步脱水到含水率60%以下，实现深度脱水的目标；4、能够实现污泥减容；5、生物沥浸不会损害污泥有机质和NP等养分，由于污泥含有机质高，堆肥后的污泥可用于园林绿化，用作营养土。
三、工艺介绍
1、含重金属很高的污泥：需要同时考虑深度脱水和脱除重金属（如制革污泥）。需要将pH降低到一定程度，使重金属完全溶出，然后固液分离，后续对重金属进行处理。工艺图如下：
2、重金属不超标污泥（一般的城市污水处理厂污泥）：生物沥浸之后直接脱水，不需要太低的pH，4-5就可以，不需要很长的反应时间，能够节省成本。工艺流程见下图：
影响因素
1、温度温度对生物沥浸效率的影响主要是通过影响微生物的生长和繁殖实现的。一般而言，最适温度是25-35℃，反应器温度最好高于15度。
在处理效果上，夏天反应效果通常好于冬天，因此在冬季通常采用加大回流、提高微生物密度、反应器加盖保温等方法来解决温度低的问题。
2、污泥浓度污泥越浓、有机质越高，生物沥浸需要的时间越长。污泥浓度一般城市污水处理厂浓缩污泥就可以，一般污泥含水率最好为97%左右。
3、有毒物质比如说杀菌剂、消毒水进入污泥系统，会对生物沥浸有负面影响。
4、重金属浓度一般情况下，污泥重金属浓度不会影响生物沥浸作用。对于不同类型的污泥，需要控制工艺参数，达到处理效果。一般而言，铜锌超标的污泥不需要很低的pH；而铬超标的污泥通常pH要控制得更低，才有可能使铬溶解出来。
生物沥浸堆肥的优势
堆肥产品主要应用于园林绿化，目前不被允许用在农田上。案例分享：
目前主要联手北京中科国通环保工程技术股份有限公司在做工程推广。已经在宁波南区污水处理厂、宁波北区污水处理厂、宁波三菱化学有限公司、无锡芦村污水处理厂等多个污水处理厂或企业得到应用。
1、无锡芦村污水处理厂—市政污泥2012年6月底建成投产运行，处理对象为芦村污水处理厂一、二、三期的所有污泥，设计规模200t/d（含水率80%），每天产生含水率60%以下的沥浸污泥饼100t。由于污水处理未达到满负荷，实际每天产生沥浸污泥饼约70t。将浓缩污泥泵入生物沥浸池，曝气条件下反应48h，然后流入匀质池中，直接用隔膜厢式压滤机压滤脱水。所获得的生物沥浸污泥泥饼含水率为（59.2±1.4）%，有机质为（47.1±2.6）%，pH为（5.7±0.1），与处理前的污泥相比，生物沥浸污泥饼有机质并没有明显损失。泥饼通过螺旋输送机输送到泥斗中收集后，用专用卡车装载到设在同一厂区内的污泥堆肥场进行高温堆肥处理。一般价格销售在300-500元/吨。
工艺流程图
2、浙江海宁某制革企业——制革污泥该项目为中试工程项目，2005年开始运行，日处理20吨制革污泥，回收污泥中的铬并实现污泥深度脱水。设有生物沥浸反应器、沉淀池、金属回收池、脱水机房、焚烧系统、风机房等设施设备。
制革污泥中回收的铬
小结
生物沥浸的技术是源于微生物的方法，只要我们能很好掌握微生物知识和相关设备运行要求和参数，就能让这个技术良好运行。目前污泥处置的方法，各有优缺点，生物沥浸的优点非常明显，在不加化学药剂的条件下一步脱水，同时使得有机物的热值、有机质保持不变，同时能去除重金属、消除恶臭、杀菌，这是它最大的优点。生物沥浸需要改进的最重要的一点就是，反应时间比较长，比如说若要去除重金属，反应时间通常就需要48小时。我们这几年一直在攻克这个问题，目前我们已经能有效的降低反应时间，使得效率提高3-5倍。
生物沥浸技术适用性非常广适用于市政污泥，重金属含量超标的污泥，制革、毛纺与印染行业污泥，酿造业污泥，造纸，食品加工等等行业。
精彩答疑
1、污泥经生物沥浸后可直接上脱水机，什么类型的脱水机都可以吗？
答：只是隔膜厢式压滤机（俗称“板框压滤机”），其他压滤机如带式脱水机、离心脱水机是不可以的。
2、生化污泥，目前压滤机脱水，应该都是微生物体外水，所以脱水率低，是否可以这样理解？
答：目前脱水机脱除的主要是毛细管水，而且脱不完全。
