活性污泥法是應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù),但它一直存在一個(gè)最大

1、污泥減量技術(shù)的研究進(jìn)展劉巍 作者簡介：劉巍，女，漢族，1982，碩士研究生，主要從事污水處理 田大江2（1中國石油大學(xué)，北京102249；2吉化集團(tuán)公司精細(xì)化學(xué)品廠，吉林100032）摘要 本文系統(tǒng)的從解偶聯(lián)、溶胞技術(shù)和微型動物捕食三方面闡述了污泥減量技術(shù)效果并指出了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞 污泥減量 解偶聯(lián) 隱性生長 微型動物捕食Research Progress on Sludge Reduction TechnologiesLiu Wei1 Tian Dajiang2 (1China University of Petroleum，Beijing102249；2Jihua group c

2、ompany，Jilin100032)Abstract Relevant research works were reviewed, and characteristics of each technology were compared.Keywords sludge reduction；uncoupling；crypticgrowth；microfaunaprey活性污泥法是應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，但它一直存在一個(gè)最大的弊端，就是會產(chǎn)生大量的剩余污泥。目前，剩余污泥處理大都采用填埋或焚燒，這些常規(guī)方法在處理污泥的同時(shí)又會給環(huán)境帶來新的負(fù)面效應(yīng)，此外，污泥處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用巨大，可占

3、整個(gè)污水廠投資及運(yùn)行費(fèi)用的25 651，已成為污水廠所面臨的沉重負(fù)擔(dān)。污泥減量技術(shù)正是在這一背景下提出的。所謂污泥減量技術(shù)，就是在保證污水處理效果的前提下，采用適當(dāng)?shù)拇胧┦固幚硐嗤康奈鬯a(chǎn)生的污泥量降低的各種技術(shù)。1 基于解偶聯(lián)的污泥減量技術(shù)1.1 OSA活性污泥工藝 1964年Westgarth等首次提出好氧-沉淀-厭氧(OSA)工藝, 該工藝是在傳統(tǒng)活性污泥法的回流污泥系統(tǒng)中插入?yún)捬醭? 給微生物提供了一個(gè)交替好氧和厭氧的環(huán)境，使細(xì)菌在好氧階段所獲ATP不能立即用于合成新的細(xì)胞，而是在厭氧段作為維持細(xì)胞生命活動的能量被消耗，從而減小微生物的總表觀產(chǎn)率系數(shù)而達(dá)到污泥減量的目的。Westg

4、arth通過試驗(yàn)證明了在高效活性污泥工藝中插入?yún)捬跸慰蓽p少一半的剩余污泥產(chǎn)量。Sabya等通過實(shí)驗(yàn)也證明了OSA 工藝可以有效降低污泥產(chǎn)率。Chudoba等人2比較了OSA工藝和傳統(tǒng)活性污泥工藝的污泥產(chǎn)量,發(fā)現(xiàn)OSA工藝的比污泥產(chǎn)率降低了20%65%,SVI值也比傳統(tǒng)活性污泥工藝低,即OSA工藝可改善污泥的沉降性能。OSA也成功應(yīng)用于序批式反應(yīng)器(SBR)中,污泥產(chǎn)量低且污泥的沉降性能很好。朱振超和劉振鴻等人3，4采用好氧沉淀兼氧活性污泥工藝使上海錦綸廠廢水處理站的剩余污泥達(dá)到零排放。張全等人5采用好氧沉淀微氧活性污泥工藝使污泥量由80%減少為15%20%,系統(tǒng)基本上可做到無污泥排放。OS

5、A工藝的應(yīng)用有其自身的缺陷，在進(jìn)水的有機(jī)物濃度較低時(shí),OSA工藝的污泥產(chǎn)率系數(shù)和常規(guī)活性污泥法相差不大。1.2 投加解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑的作用機(jī)理是該物質(zhì)通過與H+的結(jié)合,降低細(xì)胞膜對H+的阻力,攜帶H+跨過細(xì)胞膜,使膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度降低，降低后的質(zhì)子梯度不足以驅(qū)動ATP合酶合成ATP,從而減少了氧化磷酸化作用所合成的ATP量,氧化過程中所產(chǎn)生的能量最終以熱的形式被釋放掉。我國學(xué)者葉芬霞6在這方面也有研究，她采用合建式曝氣沉淀池模擬裝置,將3,3,4,5-四氯水楊酰苯胺(TSC)作為代謝解耦聯(lián)劑添加到完全混合活性污泥工藝中.連續(xù)培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,在每克固體懸浮物中含量為0.5mg時(shí),TSC是一種有

6、效的化學(xué)解耦聯(lián)劑,可降低剩余污泥產(chǎn)量約30%，活性污泥工藝的COD去除效率和污泥的沉降性能未見有明顯影響,但污泥中的絲狀菌增多，污泥活性降低。投加解偶聯(lián)劑的最大優(yōu)勢就是不必對現(xiàn)有的污水處理裝置進(jìn)行改造，只要增加投藥裝置即可，但是，在應(yīng)用中它也存在自身的不足，一是解偶聯(lián)劑的費(fèi)用驚人；二是解偶聯(lián)劑的環(huán)境安全性，解偶聯(lián)劑大都是較難降解或?qū)ι镉休^大毒性的化合物，解偶聯(lián)劑的應(yīng)用會給水處理帶來新的負(fù)擔(dān)。2 回流污泥的溶胞技術(shù)污水生物處理工藝中微生物代謝將有機(jī)基質(zhì)中一部分碳源以CO2釋放，而將一部分同化為生物質(zhì)（污泥）。當(dāng)同化為污泥的碳可作為基質(zhì)再加以利用，這樣碳的重復(fù)代謝將使污泥降低。溶胞技術(shù)就是在污泥

7、回流線上增加相關(guān)處理裝置，使細(xì)胞溶解，釋放細(xì)胞內(nèi)含物，這部分細(xì)胞溶解的有機(jī)物可被微生物代謝再利用，其中一部分以CO2釋放，從而使總污泥量下降。2.1 化學(xué)溶胞方法臭氧化1994年日本的H.Yasui等成功開發(fā)了活性污泥工藝和臭氧氧化進(jìn)行污泥減量的聯(lián)合工藝7,即在常規(guī)的活性污泥工藝中,增加一套臭氧處理裝置,把部分回流污泥引入臭氧處理器中,污泥經(jīng)過臭氧處理后再返回到曝氣池中, 臭氧是一種極強(qiáng)氧化劑,污泥被臭氧處理后,一部分被礦化為CO2和H2O,同時(shí)一部分被溶解為易生物降解物質(zhì)。因此，此工藝可達(dá)到污泥和污水雙重處理的功效。Sakai Y8等人在處理能力為440m3/d城市污水處理廠進(jìn)行了臭氧氧化的

8、試驗(yàn)，結(jié)果表明在連續(xù)運(yùn)行9個(gè)月未排泥的情況下，系統(tǒng)的MLVSS/MLSS值和OUR沒有顯著變化。某制藥廠的工業(yè)廢水處理采用該工藝9，約有4年未排泥，減少運(yùn)行成本25%。國外有關(guān)資料表明1012，該工藝也用于造紙領(lǐng)域的污水處理，臭氧消耗量與處理污泥的比為0.015g03/gvss 。我國在臭氧氧化污泥減量技術(shù)方面的研究還剛剛起步，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王琳和王寶貞開展過相關(guān)研究，并進(jìn)行報(bào)導(dǎo)13。他們主要從污泥組分、污泥分解方式和污泥產(chǎn)量等方面進(jìn)行研究，并進(jìn)行小試試驗(yàn)。結(jié)果表明，利用臭氧氧化技術(shù)進(jìn)行污泥減量是可行的。在臭氧氧化過程中，污泥中的蛋白質(zhì)含量減少接近90%, SVI值較平穩(wěn)，污泥沉淀性能良好。

9、臭氧氧化的污泥減量技術(shù)，其污泥減量效果明顯，但出水SS濃度稍高于傳統(tǒng)活性污泥法，污泥中重金屬還會有一點(diǎn)增加。2.2 其它溶胞方法物理溶胞方法主要包括加熱、機(jī)械破碎、超聲破解等，其能耗較高，而且需要專門的設(shè)備，此外，對污泥的分解效能低，因此，應(yīng)用受到限制。 生物溶胞方法是通過投加能分泌胞外酶的細(xì)菌或酶制劑和抗菌素對細(xì)菌進(jìn)行溶胞。酶一方面能夠溶解細(xì)胞，同時(shí)還可以使不容易生物降解的大分子有機(jī)物分解為小分子物質(zhì)，有利于細(xì)菌對二次基質(zhì)的利用，投加的細(xì)菌可以從消化池中選取，也可以從溶菌酶方面考慮，甚至包括特殊的噬菌體和能分泌溶菌物質(zhì)的真菌。雖然生物溶胞方法環(huán)境友好，但是酶制劑或抗菌素費(fèi)用昂貴。3 基于微型

10、動物捕食的污泥減量技術(shù)在傳統(tǒng)的活性污泥法處理污水過程中，存在較為復(fù)雜的食物鏈關(guān)系，眾所周知，由于低效的生物轉(zhuǎn)換，能量在從低營養(yǎng)級（細(xì)菌）向高營養(yǎng)級（原生動物和后生動物）的傳遞中發(fā)生損失，從生態(tài)學(xué)角度看，系統(tǒng)中存在的食物鏈越長，傳遞中的能量損失就越大，那么用來合成生物體的能量就越少，所以，在原有的污水處理系統(tǒng)中引入微型動物并強(qiáng)化其對細(xì)菌的捕食作用，可以降低剩余污泥的產(chǎn)量。在常規(guī)工藝中，細(xì)菌常以菌膠團(tuán)或成膜細(xì)菌的形式存在，不易被原生動物等捕食，從而導(dǎo)致污泥產(chǎn)率高，因此利用微型動物對污泥進(jìn)行減量多采用兩段法工藝。所謂兩段法,第一段為分散細(xì)菌培養(yǎng)階段(分散培養(yǎng)反應(yīng)器),促進(jìn)分散細(xì)菌生長的同時(shí)達(dá)到對污水

11、中有機(jī)物的降解。其目的是在細(xì)菌高速降解有機(jī)物的同時(shí)不形成菌膠團(tuán),其固體停留時(shí)間要小于細(xì)菌的世代時(shí)間；第二階段為捕食階段(捕食反應(yīng)器),促進(jìn)原、后生動物的生長。在第二階段中為了保持一定量的原、后生動物的生長,要求污泥齡長于水力停留時(shí)間。該階段可以利用生物膜法工藝或膜生物反應(yīng)器達(dá)到要求。兩階段法中第一階段使細(xì)菌能夠在分散的狀態(tài)下更有效地降解有機(jī)物。Ghyooy等人14在第二段用膜作為保持微型動物的手段,研究了整個(gè)系統(tǒng)對污泥的減量和對污水的處理效果時(shí)發(fā)現(xiàn),污水中80%以上的COD是在第一階段降低的。雖然在第一階段的污泥產(chǎn)率系數(shù)和普通活性污泥法相當(dāng),但從整個(gè)系統(tǒng)看,污泥的產(chǎn)率系數(shù)還是大大降低的。污泥減

12、量所利用的微型動物包括原生動物中的纖毛蟲類和后生動物中的寡毛綱類，由于纖毛蟲的個(gè)體較小，對其計(jì)數(shù)不便，而且其攝食的主要是游離細(xì)菌，對污泥直接減量效果不明顯?，F(xiàn)階段國內(nèi)外利用微型動物減量污泥的研究主要集中在寡毛綱環(huán)節(jié)動物的仙女蟲、紅斑瓢體蟲、顫蚓等體型較大的后生動物。Rastak對蠕蟲的數(shù)量、大小與污泥減量的關(guān)系進(jìn)行研究，每毫升污泥中蠕蟲的數(shù)量高于2030條時(shí)，污泥發(fā)生明顯的減量。當(dāng)污泥減量達(dá)50%時(shí)并不對水處理效果產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響15。張紹園在重力淹沒式膜生物反應(yīng)器中引入蠕蟲，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蠕蟲數(shù)量在100條/ml時(shí)，污泥產(chǎn)率0.1kgTSS/kgCOD，為常規(guī)污泥產(chǎn)率的四分之一。Rensink等1

13、6人則是在第二階段采用塑料材料制成的填料來保持蠕蟲等微型動物,在對比試驗(yàn)中,沒有蠕蟲的反應(yīng)器污泥產(chǎn)率系數(shù)是0.4gMLSS/gCOD,而接種蠕蟲的反應(yīng)器污泥產(chǎn)率系數(shù)是0.16gMLSS/gCOD,減量效果是明顯的。目前，清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系的黃霞教授和梁鵬博士生進(jìn)行特定的幾種微型動物(紅斑瓢體蟲、顫叫、卷貝、搔等)減量活性污泥方面的研究，目前已有的研究成果主要集中在紅斑瓢體蟲的初步培養(yǎng)及影響紅斑瓢體蟲、顫蚓的生長因素研究。4 總結(jié)近年來，隨著環(huán)保力度的加大，污泥的減量問題日益受到重視，隨之也探索出一系列的污泥減量技術(shù)，面對現(xiàn)今存在的這些技術(shù)，我們還是沒有找到一種非常方便、有效又經(jīng)濟(jì)的方法，

14、筆者認(rèn)為未來的探索方向應(yīng)本著無害化、經(jīng)濟(jì)化和簡便化的宗旨找出一種適合我國國情的污泥減量化技術(shù)，綜合考慮現(xiàn)有的技術(shù)方法以及它們的相互作用，這些技術(shù)方法的聯(lián)合處理可能是最適宜的。參考文獻(xiàn)1 Low E W ，Chase H A .Reducing production of excess biomass during wastewater treatmentJ. Water Research，1999，33(5)：111911322 Chudoba P,Morel A,Capdeville B.The case of both energetic uncoupling and metabolic

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