1、污泥减量技术的研究进展刘巍 作者简介：刘巍，女，汉族，1982，硕士研究生，主要从事污水处理 田大江21中国石油大学，北京102249；2吉化集团公司精细化学品厂，吉林100032 本文系统的从解偶联、溶胞技术和微型动物捕食三方面阐述了污泥减量技术效果并指出了各种技术的优缺点。关键词 污泥减量 解偶联 隐性生长 微型动物捕食Research Progress on Sludge Reduction TechnologiesLiu Wei1 Tian Dajiang2 (1China University of Petroleum，Beijing102249；2Jihua group compa
2、ny，Jilin100032)Abstract Relevant research works were reviewed, and characteristics of each technology were compared.Keywords sludge reduction；uncoupling；crypticgrowth；microfaunaprey活性污泥法是应用最广泛的污水生物处理技术，但它一直存在一个最大的弊端，就是会产生大量的剩余污泥。目前，剩余污泥处理大都采用填埋或燃烧，这些常规方法在处理污泥的同时又会给环境带来新的负面效应，此外，污泥处理的投资和运行费用巨大，可占整个污水
3、厂投资及运行费用的25 651，已成为污水厂所面临的沉重负担。污泥减量技术正是在这一背景下提出的。所谓污泥减量技术，就是在保证污水处理效果的前提下，采用适当的措施使处理相同量的污水所产生的污泥量降低的各种技术。1 基于解偶联的污泥减量技术1.1 OSA活性污泥工艺 1964年Westgarth等首次提出好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺, 该工艺是在传统活性污泥法的回流污泥系统中插入厌氧池, 给微生物提供了一个交替好氧和厌氧的环境，使细菌在好氧阶段所获ATP不能立即用于合成新的细胞，而是在厌氧段作为维持细胞生命活动的能量被消耗，从而减小微生物的总表观产率系数而到达污泥减量的目的。Westgarth
4、通过试验证明了在高效活性污泥工艺中插入厌氧消化段可减少一半的剩余污泥产量。Sabya等通过实验也证明了OSA 工艺可以有效降低污泥产率。Chudoba等人2比拟了OSA工艺和传统活性污泥工艺的污泥产量,发现OSA工艺的比污泥产率降低了20%65%,SVI值也比传统活性污泥工艺低,即OSA工艺可改善污泥的沉降性能。OSA也成功应用于序批式反响器(SBR)中,污泥产量低且污泥的沉降性能很好。朱振超和刘振鸿等人3，4采用好氧沉淀兼氧活性污泥工艺使上海锦纶厂废水处理站的剩余污泥到达零排放。张全等人5采用好氧沉淀微氧活性污泥工艺使污泥量由80%减少为15%20%,系统根本上可做到无污泥排放。OSA工艺的
5、应用有其自身的缺陷，在进水的有机物浓度较低时,OSA工艺的污泥产率系数和常规活性污泥法相差不大。1.2 投加解偶联剂解偶联剂的作用机理是该物质通过与H+的结合,降低细胞膜对H+的阻力,携带H+跨过细胞膜,使膜两侧的质子梯度降低，降低后的质子梯度缺乏以驱动ATP合酶合成ATP,从而减少了氧化磷酸化作用所合成的ATP量,氧化过程中所产生的能量最终以热的形式被释放掉。我国学者叶芬霞6在这方面也有研究，她采用合建式曝气沉淀池模拟装置,将3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺(TSC)作为代谢解耦联剂添加到完全混合活性污泥工艺中.连续培养试验结果说明,在每克固体悬浮物中含量为0.5mg时,TSC是一种有效的化学
6、解耦联剂,可降低剩余污泥产量约30%，活性污泥工艺的COD去除效率和污泥的沉降性能未见有明显影响,但污泥中的丝状菌增多，污泥活性降低。投加解偶联剂的最大优势就是不必对现有的污水处理装置进行改造，只要增加投药装置即可，但是，在应用中它也存在自身的缺乏，一是解偶联剂的费用惊人；二是解偶联剂的环境安全性，解偶联剂大都是较难降解或对生物有较大毒性的化合物，解偶联剂的应用会给水处理带来新的负担。2 回流污泥的溶胞技术污水生物处理工艺中微生物代谢将有机基质中一局部碳源以CO2释放，而将一局部同化为生物质污泥。当同化为污泥的碳可作为基质再加以利用，这样碳的重复代谢将使污泥降低。溶胞技术就是在污泥回流线上增加
7、相关处理装置，使细胞溶解，释放细胞内含物，这局部细胞溶解的有机物可被微生物代谢再利用，其中一局部以CO2释放，从而使总污泥量下降。2.1 化学溶胞方法臭氧化1994年日本的H.Yasui等成功开发了活性污泥工艺和臭氧氧化进行污泥减量的联合工艺7,即在常规的活性污泥工艺中,增加一套臭氧处理装置,把局部回流污泥引入臭氧处理器中,污泥经过臭氧处理后再返回到曝气池中, 臭氧是一种极强氧化剂,污泥被臭氧处理后,一局部被矿化为CO2和H2O,同时一局部被溶解为易生物降解物质。因此，此工艺可到达污泥和污水双重处理的成效。Sakai Y8等人在处理能力为440m3/d城市污水处理厂进行了臭氧氧化的试验，结果说
8、明在连续运行9个月未排泥的情况下，系统的MLVSS/MLSS值和OUR没有显著变化。某制药厂的工业废水处理采用该工艺9，约有4年未排泥，减少运行本钱25%。国外有关资料说明1012，该工艺也用于造纸领域的污水处理，臭氧消耗量与处理污泥的比为0.015g03/gvss 。我国在臭氧氧化污泥减量技术方面的研究还刚刚起步，哈尔滨工业大学的王琳和王宝贞开展过相关研究，并进行报导13。他们主要从污泥组分、污泥分解方式和污泥产量等方面进行研究，并进行小试试验。结果说明，利用臭氧氧化技术进行污泥减量是可行的。在臭氧氧化过程中，污泥中的蛋白质含量减少接近90%, SVI值较平稳，污泥沉淀性能良好。臭氧氧化的污
9、泥减量技术，其污泥减量效果明显，但出水SS浓度稍高于传统活性污泥法，污泥中重金属还会有一点增加。2.2 其它溶胞方法物理溶胞方法主要包括加热、机械破碎、超声破解等，其能耗较高，而且需要专门的设备，此外，对污泥的分解效能低，因此，应用受到限制。 生物溶胞方法是通过投加能分泌胞外酶的细菌或酶制剂和抗菌素对细菌进行溶胞。酶一方面能够溶解细胞，同时还可以使不容易生物降解的大分子有机物分解为小分子物质，有利于细菌对二次基质的利用，投加的细菌可以从消化池中选取，也可以从溶菌酶方面考虑，甚至包括特殊的噬菌体和能分泌溶菌物质的真菌。虽然生物溶胞方法环境友好，但是酶制剂或抗菌素费用昂贵。3 基于微型动物捕食的污
10、泥减量技术在传统的活性污泥法处理污水过程中，存在较为复杂的食物链关系，众所周知，由于低效的生物转换，能量在从低营养级细菌向高营养级原生动物和后生动物的传递中发生损失，从生态学角度看，系统中存在的食物链越长，传递中的能量损失就越大，那么用来合成生物体的能量就越少，所以，在原有的污水处理系统中引入微型动物并强化其对细菌的捕食作用，可以降低剩余污泥的产量。在常规工艺中，细菌常以菌胶团或成膜细菌的形式存在，不易被原生动物等捕食，从而导致污泥产率高，因此利用微型动物对污泥进行减量多采用两段法工艺。所谓两段法,第一段为分散细菌培养阶段(分散培养反响器),促进分散细菌生长的同时到达对污水中有机物的降解。其目
11、的是在细菌高速降解有机物的同时不形成菌胶团,其固体停留时间要小于细菌的世代时间；第二阶段为捕食阶段(捕食反响器),促进原、后生动物的生长。在第二阶段中为了保持一定量的原、后生动物的生长,要求污泥龄长于水力停留时间。该阶段可以利用生物膜法工艺或膜生物反响器到达要求。两阶段法中第一阶段使细菌能够在分散的状态下更有效地降解有机物。Ghyooy等人14在第二段用膜作为保持微型动物的手段,研究了整个系统对污泥的减量和对污水的处理效果时发现,污水中80%以上的COD是在第一阶段降低的。虽然在第一阶段的污泥产率系数和普通活性污泥法相当,但从整个系统看,污泥的产率系数还是大大降低的。污泥减量所利用的微型动物包
12、括原生动物中的纤毛虫类和后生动物中的寡毛纲类，由于纤毛虫的个体较小，对其计数不便，而且其摄食的主要是游离细菌，对污泥直接减量效果不明显。现阶段国内外利用微型动物减量污泥的研究主要集中在寡毛纲环节动物的仙女虫、红斑瓢体虫、颤蚓等体型较大的后生动物。Rastak对蠕虫的数量、大小与污泥减量的关系进行研究，每毫升污泥中蠕虫的数量高于2030条时，污泥发生明显的减量。当污泥减量达50%时并不对水处理效果产生明显的负面影响15。张绍园在重力淹没式膜生物反响器中引入蠕虫，发现当蠕虫数量在100条/ml时，污泥产率0.1kgTSS/kgCOD，为常规污泥产率的四分之一。Rensink等16人那么是在第二阶段
13、采用塑料材料制成的填料来保持蠕虫等微型动物,在比照试验中,没有蠕虫的反响器污泥产率系数是0.4gMLSS/gCOD,而接种蠕虫的反响器污泥产率系数是0.16gMLSS/gCOD,减量效果是明显的。目前，清华大学环境科学与工程系的黄霞教授和梁鹏博士生进行特定的几种微型动物(红斑瓢体虫、颤叫、卷贝、搔等)减量活性污泥方面的研究，目前已有的研究成果主要集中在红斑瓢体虫的初步培养及影响红斑瓢体虫、颤蚓的生长因素研究。4 总结近年来，随着环保力度的加大，污泥的减量问题日益受到重视，随之也探索出一系列的污泥减量技术，面对现今存在的这些技术，我们还是没有找到一种非常方便、有效又经济的方法，笔者认为未来的探索
14、方向应本着无害化、经济化和简便化的宗旨找出一种适合我国国情的污泥减量化技术，综合考虑现有的技术方法以及它们的相互作用，这些技术方法的联合处理可能是最适宜的。参考文献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 selection
15、 of microorganisms in the OSA activated sludge system J. EnvironTechnol,1992,13(8):761-770.3 朱振超,周路.剩余有机污泥零排放工程性试验J.上海环境科学,1996,15(8):40-41.4 刘振鸿,陈季华,李茵.剩余污泥处理新工艺J.上海环境科学,1996,15(2):16-17.5 张全,陆鲁.剩余污泥微氧消解工艺研究J.上海环境科学,1995,14(11):15-16.6 叶芬霞,潘利波.活性污泥工艺中剩余污泥的减量化技术J.中国给水排水,2023,19(1)7 王琳，王宝贞.污泥减量技术J.给水排水.2023. 26 (10) :28-318 Sakai Y,Fukase T,Ysui H,et al.An activated sludge process without excess sludge productionJ.Wat Sci Tech,1997,36(11):1631709 王国生.无剩余污泥的污水处理工艺J.西南给排水.2023. (2) : 33-3410 H. Yasui, K. Nakamura, S. Sakuma, M. Iwasaki and Y. Sakai. A Ful l-Scale Operation of a Novel Activat