污水處理廠的污泥減量化

摘要：對(duì)剩余污泥的處理在污水處理中占用昂貴的費(fèi)用，基于經(jīng)濟(jì)環(huán)境和其它因素的考慮，如何解決剩余污泥的問題正是我們面臨的挑戰(zhàn)。由于環(huán)境結(jié)和相關(guān)法律的要求不斷增加，那么對(duì)剩余污泥處理方安的選擇就越來(lái)越嚴(yán)格，而減少污泥總量又是迫切的目標(biāo)，本文著重介紹了有關(guān)剩余污泥減量化的主要方法：解耦聯(lián)，隱性生長(zhǎng)，撲食細(xì)菌，熱處理，臭氧法，OSA法等等。合適的物質(zhì)環(huán)境和運(yùn)行工藝將減少剩余污泥產(chǎn)量，但是，不管選用哪種方法他都將對(duì)微生物群產(chǎn)生一定影響，而且還會(huì)增加處理后的水含氮濃度。

關(guān)鍵詞：污泥減量,污水處理,活性污泥法

目前世界上80％以上的污水處理廠應(yīng)用的是活性污泥法處理污水，它最大的弊端就是處理污水的同時(shí)產(chǎn)生驚人的大量剩余污泥。污泥中的固體有的是截留下來(lái)的懸浮物質(zhì),有的是由生物處理系統(tǒng)排出的生物污泥,有的則是因投加藥劑而形成的化學(xué)泥，污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約為處理水體積的 0.15 % —1 %左右。污泥的處理和處置,就是要通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施,使污泥得到再利用或以某種不損害環(huán)境的形式重新返回到自然環(huán)境中。這些污泥一般富含有機(jī)物、病菌等,若不加處理隨意堆放,將對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生新的污染。 對(duì)這些污泥處理方法主要有：農(nóng)用、填海、焚燒、埋地。但這些方法都無(wú)一例外地存在弊端。 如污泥中重金屬的含量通常超過農(nóng)用污泥重金屬最高限量的規(guī)定。此外,污泥中還含有病原體、寄生蟲卵等, 如農(nóng)業(yè)利用不當(dāng),將對(duì)人類的健康造成嚴(yán)重的危害。填埋處置容易對(duì)地下水造成污染,同時(shí)大量占用土地。焚燒處置雖可使污泥體積大幅減小,且可滅菌,但焚燒設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較大。投放遠(yuǎn)洋雖可在短期內(nèi)避免海岸線及近海受到污染,但其長(zhǎng)期危害可能非常嚴(yán)重,因此,已被界上大多數(shù)國(guó)家所禁用。 一般每去除1kg的就產(chǎn)生15~100L活性污泥，這些污泥含水率達(dá)到95％以上，剩余污泥處理的成本高昂,約占污水廠運(yùn)行費(fèi)用的25%~65%。 歐洲國(guó)家每年用于處理剩余污泥的費(fèi)用就高達(dá) 28 億人民幣。 顯而易見，任何有利于減少剩余污泥的措施都將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2污泥減量化的理論基礎(chǔ)

2.1維持代謝和內(nèi)源代謝

1965 年P(guān)irt 把微生物用于維持其生活功能的這部分能量稱為維持代謝能量,一般認(rèn)為,維持代謝包括細(xì)胞物質(zhì)的周轉(zhuǎn)、活性運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)等,這部分基質(zhì)消耗不用來(lái)合成新的細(xì)胞物質(zhì),因此,污泥的產(chǎn)量和維持代謝的活性呈負(fù)相關(guān)。Herbert在1956 年提出,維持能量可通過內(nèi)源代謝來(lái)提供,部分細(xì)胞被氧化而產(chǎn)生維持能量。從環(huán)境工程角度看,內(nèi)源呼吸通常指生物量的自我消化,在連續(xù)培養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)可同時(shí)發(fā)生內(nèi)源代謝。 內(nèi)源代謝的主要優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)入的基質(zhì)最終被呼吸成為二氧化碳和水,使生物量下降。因此,在廢水處理工藝中,內(nèi)源呼吸的控制比微生物生長(zhǎng)控制和基質(zhì)去除控制更為重要。

2.2解偶聯(lián)代謝

代謝是生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的總稱,分為分解代謝和合成代謝。微生物學(xué)家認(rèn)為,細(xì)胞產(chǎn)量和分解代謝產(chǎn)生的能量直接相關(guān),但在某些條件下,如存在質(zhì)子載體、重金屬、異常溫度和好氧—厭氧交替循環(huán)時(shí),呼吸超過了ATP 產(chǎn)量,即分解代謝和合成代謝解偶聯(lián),此時(shí)微生物能過量消耗底物,底物的消耗速率很高。Cook 和Russell報(bào)道,在完全停止生長(zhǎng)時(shí)細(xì)菌利用能源的速率比對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的高三分之一,這表明細(xì)胞能通過消耗膜電勢(shì)、ATP 水解和無(wú)效循環(huán)處置其胞內(nèi)能量。在解偶聯(lián)條件下,大部分底物被氧化為二氧化碳,產(chǎn)生的能量用于驅(qū)動(dòng)無(wú)效循環(huán),但對(duì)底物的去除率不會(huì)產(chǎn)生重大影響。 能量解偶聯(lián)的特殊性在于它是微生物對(duì)底物的分解和再生,而沒有細(xì)胞質(zhì)量的相應(yīng)變化。從環(huán)境工程意義上講,能量解偶聯(lián)可用于解釋底物消耗速率高于生長(zhǎng)和維持所需之現(xiàn)象。因此,在能量解偶聯(lián)條件下活性污泥的產(chǎn)率下降,污泥產(chǎn)量也隨之降低。通過控制微生物的代謝狀態(tài),最大程度地分離合成代謝和分解代謝,在剩余污泥減量化上將是一個(gè)很有發(fā)展前景的技術(shù)途徑。

3目前污泥減量化的方法

3.1 解偶聯(lián)

機(jī)理：三磷酸腺苷(ATP) 是鍵能轉(zhuǎn)移的主要途徑,是能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中心，微生物的合成代謝通過呼吸與底物的分解代謝進(jìn)行偶聯(lián),當(dāng)呼吸控制不存在,生物合成速率成為速率控制因素時(shí),解偶聯(lián)新陳代謝就會(huì)發(fā)生,并且在微生物新陳代謝過程中產(chǎn)生的剩余能量沒有被用來(lái)合成生物體。在能量解偶聯(lián)條件下活性污泥的產(chǎn)率下降,污泥產(chǎn)量也隨之降低。微生物學(xué)家認(rèn)為,細(xì)胞產(chǎn)量和分解代謝產(chǎn)生的能量直接相關(guān),但在某些條件下,如存在質(zhì)子載體、重金屬、異常溫度和好氧—厭氧交替循環(huán)時(shí),呼吸超過了 ATP 產(chǎn)量,即分解代謝和合成代謝解偶聯(lián) ,此時(shí)微生物能過量消耗底物,底物的消耗速率很高。在完全停止生長(zhǎng)時(shí)細(xì)菌利用能源的速率比對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的高1/3,這表明細(xì)胞能通過消耗膜電勢(shì)、ATP水解和無(wú)效循環(huán)處置其胞內(nèi)能量。能量解偶聯(lián)的特殊性在于它是微生物對(duì)底物的分解和再生,而沒有細(xì)胞質(zhì)量的相應(yīng)變化。通過控制微生物的代謝狀態(tài),最大程度地分離合成代謝和分解代謝,在剩余污泥減量化上將是一個(gè)很有發(fā)展前景的技術(shù)途徑。

3.1.1 投加解偶聯(lián)劑 解偶聯(lián)劑能起到解偶聯(lián)氧化磷酸化作用,限制細(xì)胞捕獲能量,從而抑制細(xì)胞的生長(zhǎng),故能減少污泥產(chǎn)量。解偶聯(lián)劑其作用機(jī)理是該物質(zhì)通過與H+ 的結(jié)合,降低細(xì)胞膜對(duì)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(dòng)ATP合酶合成ATP ,從而減少了氧化磷酸化作用所合成的ATP量。 如: TCS解偶聯(lián)劑(3 ,3′,4′,5－四氯水楊酰苯胺) 能有效降低剩余污泥產(chǎn)量,只要在反應(yīng)器中保持TCS一定的濃度,就能降低剩余污泥的產(chǎn)率。 TCS 能有效地降低活性污泥分批培養(yǎng)物中的污泥產(chǎn)率,隨進(jìn)水中TCS 濃度的提高,污泥產(chǎn)率迅速下降.但污泥的COD 去除能力并未受影響,出水中的NH+42N 和TN含量也和對(duì)照相當(dāng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)污泥的SOUR值和DHA 提高,說(shuō)明化學(xué)解耦聯(lián)劑對(duì)微生物有激活作用， 微生物的種群結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，經(jīng)過40d的運(yùn)行后,添加TCS的反應(yīng)器污泥中絲狀菌很少,雖然污泥較疏松,但污泥的沉降性能未見有影響。上述結(jié)果表明,采用化學(xué)解耦聯(lián)劑來(lái)降低活性污泥工藝中的剩余污泥產(chǎn)量,以降低污泥的處理與處置費(fèi)用這種方法有發(fā)展前景,值得進(jìn)一步地深入研究。

但是，解偶聯(lián)劑的對(duì)現(xiàn)有污水處理應(yīng)用中存在以下問題: (1) 所投的藥在較長(zhǎng)時(shí)間后由于微生物的馴化而被降解,從而失去解偶聯(lián)作用;(2) 當(dāng)加入解偶聯(lián)劑后,需要更多的氧去氧化未能轉(zhuǎn)化成污泥的有機(jī)物,從而使得供氧量增加; (3) 對(duì)投加解偶聯(lián)劑的費(fèi)用還需要作比較,由于在污水中的濃度需要維持在 4—80 mg/ L ,用量大; (4)解偶聯(lián)劑在實(shí)際應(yīng)用中的最大弊端是環(huán)境問題， 解偶聯(lián)劑通常是難降解的有毒物，可能發(fā)生二次污染。

3.1.2高 S0/X0 (底物濃度/污泥濃度)條件下的解偶聯(lián) 簡(jiǎn)單的說(shuō)就是，細(xì)胞分解能量大于合成能量，從而細(xì)胞的分解數(shù)量就大于合成數(shù)量，最終降低微生物產(chǎn)率系數(shù)。解偶聯(lián)機(jī)理有兩種解釋:一是積累的能量通過粒子(如質(zhì)子、鉀離子)在細(xì)胞膜兩側(cè)的傳遞削弱了跨膜電勢(shì),隨后發(fā)氧化磷酸化解偶聯(lián);二是減少了生物體內(nèi)部分新陳代謝的途徑(如甲基乙二酸途徑)而回避了糖酵解這一步。高S0/X0 條件下解偶聯(lián)還不能用于實(shí)際的污水處理,微生物產(chǎn)生的不完全代謝的產(chǎn)物還可能對(duì)整個(gè)處理過程產(chǎn)生影響，而且要求相對(duì)高的S0/X0 值( >8—10)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際活性污泥法處理污水時(shí)的情況( F/M=0.05—0.1) 。

3.2高濃度溶解氧

有很多研究表明,細(xì)胞表面的疏水性、微生物活性和胞外多聚物的產(chǎn)生都和反應(yīng)器中的溶解氧水平有關(guān),這預(yù)示著溶解氧對(duì)活性污泥的能量代謝有一定的影響,進(jìn)而影響碳在分解代謝和合成代謝中的分布。高溶解氧活性污泥工藝能有效地抑制絲狀菌的發(fā)展，純氧活性污泥工藝即使在高污泥負(fù)荷率下,也可比傳統(tǒng)的空氣活性污泥工藝減少污泥量54 %。 和傳統(tǒng)空氣曝氣工藝相比,純氧工藝能使曝氣池中維持高濃度MLSS ,污泥沉降和濃縮性能好、 污泥產(chǎn)量低、 氧氣轉(zhuǎn)移效率高、運(yùn)行穩(wěn)定。Abbassi等人最近報(bào)道，當(dāng)小試規(guī)模的傳統(tǒng)活性污泥反應(yīng)器的溶解氧從 1.8mg/L 增加到6.0mg/L時(shí)，剩余污泥量從0.28mgMLSS/mgBOD5 下降為0.20mgMLSS/mgBOD5 。 由此可見，高溶解氧工藝在剩余污泥減量化和工藝運(yùn)行效能的提高方面有很大潛力。

3.3 好氧—沉淀—厭氧(OSA)工藝

在污泥的回流過程中插入一級(jí)厭氧生物反應(yīng)器，這種工藝已經(jīng)用來(lái)成功地抑制污泥的絲狀膨脹的發(fā)生，可減少一半的剩余污泥產(chǎn)量，好氧—厭氧循環(huán)方法被用于活性污泥工藝中剩余污泥的減量化。 其機(jī)理就是，好氧微生物從外源有機(jī)底物的氧化中獲得ATP ,當(dāng)這些微生物突然進(jìn)入沒有食物供應(yīng)的厭氧環(huán)境時(shí),就不能產(chǎn)生能量,不得不利用自身的ATP庫(kù)作為能源，在厭氧饑餓階段,沒有一定量的細(xì)胞內(nèi)ATP 就不能進(jìn)行細(xì)胞合成，因而,微生物通過細(xì)胞的異化作用,消耗基質(zhì)來(lái)滿足自身對(duì)能量的需求， 交替的好氧－厭氧處理引起的能量解偶聯(lián)就為OSA處理技術(shù)奠定了污泥減量化的理論基礎(chǔ)。Chudoba 等人 比較了OSA工藝和傳統(tǒng)活性污泥工藝的污泥產(chǎn)量,發(fā)OSA工藝的比污泥產(chǎn)率降低了20 %～65 % , S V I 值也比傳統(tǒng)活性污泥工藝低。 例如：上海錦綸廠廢水處理站的剩余污泥達(dá)到零排放是運(yùn)用了朱振超和劉振鴻等人的好氧—沉淀—兼氧活性污泥工藝使。 還有張全等人采用好氧—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(wú)污泥排放。 所以，OSA工藝在污泥減量化上是相當(dāng)可行的。

3.4溶解細(xì)胞法

在傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程中的污泥回流線上增加相關(guān)處理裝置，通過溶胞強(qiáng)化細(xì)菌的自身氧化，增強(qiáng)細(xì)菌的隱性生長(zhǎng)。所謂隱性生長(zhǎng)是指細(xì)菌利用衰亡細(xì)菌所形成的二次基質(zhì)生長(zhǎng),整個(gè)過程包含了溶胞和生長(zhǎng)。利用各種溶胞技術(shù),使細(xì)菌能夠迅速死亡并分解成為基質(zhì)再次被其他細(xì)菌所利用,是在污泥減量過程中廣為應(yīng)用的手段。

3.4.1 臭 氧

原理是:曝氣池中部分活性污泥在臭氧反應(yīng)器中被臭氧氧化,大部分活性污泥微生物在臭氧反應(yīng)器中被殺滅或被氧化為有機(jī)質(zhì),而這些由污泥臭氧氧化而來(lái)的有機(jī)質(zhì)在隨后的生物處理中被降解， 臭氧可破壞不容易被生物降解的細(xì)胞膜等,使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)能較快地溶于水中,同時(shí)氧化不容易水解的大分子物質(zhì),使其更容易為微生物所利用。Kamiya和Hirotsuji的研究表明,當(dāng)曝氣池中的臭氧劑量為10 mg/ (gMLSS·d) 時(shí)可使剩余污泥產(chǎn)量減少50 % ,而高至20 mg/ (gMLSS·d) 時(shí)則無(wú)剩余污泥產(chǎn)生。其中，間斷式臭氧氧化要優(yōu)于連續(xù)式,在間歇式反應(yīng)器中,臭氧每天平均接觸時(shí)間在 3 h 左右就可以達(dá)到減量40 % —60 %。但是,臭氧濃度較高會(huì)使SVI (污泥體積指數(shù)) 值迅速下降到開始的 40 %,影響污泥的沉降性能。 在當(dāng)前的活性污泥理論中,污泥停留時(shí)間(θc)被定義為單位生物量在處理系統(tǒng)中的平均滯留時(shí)間。許多研究表明，θc 在活性污泥工藝中是最重要的運(yùn)行參數(shù)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng),θc 和比生長(zhǎng)速率呈負(fù)相關(guān),污泥產(chǎn)率( Yobs) 和污泥停留時(shí)間的關(guān)系可用下式表示:
1/Yobs = 1/Ymax +θcKd /Ymax(1)
式中Ymax ———真正生長(zhǎng)速率
Kd ———比內(nèi)源代謝速率

式(1) 表明,在穩(wěn)態(tài)活性污泥工藝中污泥停留時(shí)間和內(nèi)源代謝速率呈負(fù)相關(guān),可以通過調(diào)節(jié) θc來(lái)控制污泥產(chǎn)量。可見在相對(duì)長(zhǎng)的 θc下的純氧曝氣工藝有利于減少剩余污泥量。 臭氧聯(lián)合活性污泥工藝將是一種能夠減少剩余污泥產(chǎn)量且進(jìn)一步改善污泥沉降性能的有效技術(shù),今后的研究將著重于臭氧劑量和投加方式的最優(yōu)化方面。

3.4.2 氯氣和臭氧相同,利用其氧化性對(duì)細(xì)胞進(jìn)行氧化,促進(jìn)溶胞。 雖然氯氣比臭氧便宜,但氯氣能夠和污泥中的有機(jī)物產(chǎn)生反應(yīng),生成三氯甲烷(THMs)等氯代有機(jī)物,是不容忽視的問題。
3.4.3酸、堿

酸堿可以使細(xì)胞壁溶解釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)， 相同pH 條件下, HSO4 的溶胞效果要優(yōu)于HCl ,NaOH 的效果要優(yōu)于KOH;在改變相同pH 條件下,堿的效果要好于酸,這可能是由于堿對(duì)細(xì)胞的磷脂雙分子層的溶解要優(yōu)于酸的緣故。

3.4.4 物理溶胞技術(shù)
加熱

不同溫度下,細(xì)胞被破壞的部位不同。 在45 —65 ℃時(shí),細(xì)胞膜破裂, rRNA 被破壞; 50 —70 ℃時(shí)DNA被破壞;在65 —90 ℃時(shí)細(xì)胞壁被破壞; 70 —95 ℃時(shí)蛋白質(zhì)變性。不同的溫度使細(xì)胞釋放的物質(zhì)也不同,在溫度從80℃上升到 100 ℃時(shí), TOC和多糖釋放的量增加,而蛋白質(zhì)的量減少。 超聲波：超聲波處理(如240 W ,20 kHz ,800 s) 只是從物理角度對(duì)細(xì)胞進(jìn)行破碎,和投加堿相比,在短時(shí)間內(nèi)有迅速釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的優(yōu)勢(shì),但在促進(jìn)細(xì)胞破碎后固體碎的水解卻不如投加堿和加熱。其機(jī)理就是：以微氣泡的形成、擴(kuò)張和破裂達(dá)到壓碎細(xì)胞壁、釋放細(xì)胞內(nèi)含物的目的。

壓力：利用壓力使細(xì)菌的細(xì)胞壁在機(jī)械壓力的作用下破碎,從而使細(xì)胞內(nèi)含物溶于水中。

3.4.5 生物溶胞

投加能分泌胞外酶的細(xì)菌，酶制劑或抗菌素對(duì)細(xì)菌進(jìn)行溶胞。酶一方面能夠溶解細(xì)菌的細(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)菌利用二次基質(zhì)。但是在污水處理中投加酶制劑或是抗菌素在經(jīng)費(fèi)上不太現(xiàn)實(shí)。

3.5微型動(dòng)物減少剩余污泥量

微型動(dòng)物削減剩余污泥量的機(jī)理就是生態(tài)學(xué)的理論,食物鏈越長(zhǎng),能量在傳遞過程中被消耗的比例就越大,最終在系統(tǒng)中存在的生物量就越少。細(xì)菌、原生動(dòng)物、寡毛類、線蟲等各種生物,它們之間組成一條食物鏈。 利用微型動(dòng)物對(duì)污泥進(jìn)行減量可從以下三個(gè)方面著手研究，一是利用微型動(dòng)物在食物鏈中的捕食作用；二是直接利用微型動(dòng)物對(duì)污泥的攝食和消化,在減少污泥的容量的同時(shí)增加污泥的可溶性； 三是利用微型動(dòng)物來(lái)增強(qiáng)細(xì)菌的活性或增加有活性的細(xì)菌的數(shù)量,從而增強(qiáng)細(xì)菌的自身氧化和代謝能力。 在曝氣池這一水環(huán)境中由于不斷地曝氣、劇烈地?cái)嚢?對(duì)于大型生物的生存極為不利，還有就是各種微生物都隨著廢水一起流動(dòng)， 有可能還沒來(lái)得及增殖就從曝氣池流失，所以活性污泥法不可能有較長(zhǎng)的食物鏈。曝氣池中的后生動(dòng)物數(shù)量較少,不能大量消耗菌膠團(tuán)，（菌膠團(tuán)是構(gòu)成活性污泥絮狀體的主要成分,有很強(qiáng)的吸附、氧化有機(jī)物的能力），這使得在活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中,物質(zhì)和能量的傳遞并不順暢,絕大部分物質(zhì)和能量停留在初級(jí)消費(fèi)者———細(xì)菌這個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上,而不能通過向更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的傳遞使生物量減少,這是形成大量剩余活性污泥的根本原因。

基于上訴原因，,兩段式生物反應(yīng)器產(chǎn)生了。 這種反應(yīng)器由第一階段的分散培養(yǎng)反應(yīng)器R1和第二階段的捕食反應(yīng)器R2 組成。R1 中無(wú)污泥回流且泥齡較短,利用污水中豐富的有機(jī)食料刺激游離細(xì)菌快速增殖。 R2反應(yīng)器則專為捕食者設(shè)計(jì),此階段泥齡較長(zhǎng),有著適合于微型動(dòng)物增殖的環(huán)境條件。兩段式生物反應(yīng)器,第一階段分散培養(yǎng)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間( HRT) 是關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)。HRT 需要足夠長(zhǎng),以免細(xì)菌隨水流沖走,但又不能過長(zhǎng),否則會(huì)形成細(xì)菌聚集體以及出現(xiàn)大量微型動(dòng)物。Lee 等用生物膜作為第二階段的捕食反應(yīng)器,處理人工合成污水,獲得的污泥產(chǎn)量為0.05—0.17gSS/gCOD,比用傳統(tǒng)方法減少約30 % —50 %的污泥量。

Lee認(rèn)為相對(duì)原生動(dòng)物而言,輪蟲在削減剩余污泥量的過程中可能起著更大的作用,因?yàn)樗�發(fā)現(xiàn)當(dāng)輪蟲的數(shù)量占優(yōu)勢(shì)時(shí),剩余污泥的產(chǎn)量最小。 Ghyoot 發(fā)現(xiàn),由于絲狀菌和鞭毛蟲的過量生長(zhǎng),兩段式系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生污泥膨脹,導(dǎo)致出水水質(zhì)下降。應(yīng)用兩段式生物反應(yīng)器或者直接向曝氣池中投加微型動(dòng)物以削減剩余污泥量在理論上是可行的,在試驗(yàn)中也取得了較為理想的結(jié)果。但是,由于這些研究尚處于起步階段,要將這些觀念和方法應(yīng)用于具體的工程實(shí)踐,仍有很多問題需要解決,例如,投加微型動(dòng)物的量和投加方式,由于微型動(dòng)物的活動(dòng)引起的出水中N、 P濃度的升高,以及為了維持微型動(dòng)物的生長(zhǎng)所需的較高溶解氧等。

人們發(fā)現(xiàn)伴隨著一種仙女蟲( Naiselinguis ) 大量發(fā)生,污泥的產(chǎn)量顯著減少,用于曝氣所需的能量也大大降低。Ratsak 發(fā)現(xiàn),蚓類種群的大小與剩余污泥產(chǎn)量間有明顯的關(guān)系。 但由于這些蚓類在曝氣池中的數(shù)量變動(dòng)劇烈,且沒有規(guī)律,無(wú)法人為控制,所以還不能直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。Rensink等向加有塑料載體的活性污泥系統(tǒng)中投入顫蚓( Tubif icidae ) ,發(fā)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)量從 0.4gMLSS/gCOD降至0.15gMLSS/gCOD,污泥體積指數(shù)(SVI)從90 降至45 ,污泥的脫水能力提高了約 27%。 另外，還有紅斑螵體蟲在活性污泥系統(tǒng)的曝氣池中較為常見。根據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道,影響紅斑螵體蟲在曝氣池中出現(xiàn)的操作因素有兩方面:一是污泥齡(SRT) ,較短的SRT不能有效地保持紅斑螵蟲的存在;二是進(jìn)水負(fù)荷,通常在負(fù)荷較低情況下容易出現(xiàn)原生動(dòng)物和后生動(dòng)物當(dāng)每天排泥占反應(yīng)器體積的36%左右時(shí),可將每天新增的紅斑螵體蟲排出;而當(dāng)反應(yīng)器的排泥量>36%時(shí),可能造成由于過量排泥使得蟲體流失;當(dāng)排泥量<36%時(shí),則可以保證紅斑螵體蟲的生長(zhǎng)。 因此可以將36%作為增長(zhǎng)率為 0.45d-1 時(shí)的排泥上限,即當(dāng)紅斑螵體蟲的凈增長(zhǎng)率為0.45d-1時(shí),SRT > 3d方可使紅斑螵體蟲保持在反應(yīng)器中,而這在活性污泥處理系統(tǒng)中是容易做到的。在進(jìn)水負(fù)荷<0.6mg2COD/(mgVSS·d) 時(shí),對(duì)紅斑螵體蟲的出現(xiàn)沒有大的影響,而當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷>0.7 mgCOD/(mgVSS·d)后,可能會(huì)對(duì)紅斑體蟲的出現(xiàn)造成影響。 無(wú)論是兩段式生物反應(yīng)器還是直接向活性污泥系統(tǒng)中投入后生動(dòng)物,均可降低剩余污泥產(chǎn)量,但是礦化作用使得氮和磷釋放是一個(gè)尚待解決的問題。

還有一種蚯蚓生態(tài)床處理剩余污泥。該過濾系統(tǒng)是一個(gè)具有多結(jié)構(gòu)、多層次、各取所需、相互協(xié)同的生態(tài)網(wǎng)鏈,該生態(tài)網(wǎng)鏈中蚯蚓等微型動(dòng)物和微生物對(duì)剩余污泥具有較強(qiáng)的廣譜利用和分級(jí)利用功能,從而實(shí)現(xiàn)了剩余污泥較徹底的分解和轉(zhuǎn)化利用由蚯蚓和微生物共同組成的人工生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污水處理廠剩余污泥進(jìn)行了為期半年的脫水和穩(wěn)定處理,結(jié)果表明蚯蚓生態(tài)系統(tǒng)集濃縮、調(diào)理、脫水、穩(wěn)定、處置和綜合利用等多種功能于一身: ①蚯蚓和微生物將污泥作為生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)源,對(duì)其進(jìn)行分解和吸收; ②蚓糞是高效農(nóng)肥和土壤改良劑;③在生態(tài)床中增殖的蚯蚓具有重要的飼料和藥用價(jià)值。 剩余污泥經(jīng)蚯蚓污泥穩(wěn)定床處理后,可全部被生態(tài)系統(tǒng)吸收利用和轉(zhuǎn)化,具有流程簡(jiǎn)單、管理方便、無(wú)二次污染、造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用低廉、副產(chǎn)物具有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值等特點(diǎn)。生態(tài)濾床構(gòu)造十分簡(jiǎn)單,因此其工程造價(jià)將比常規(guī)的污泥處理和處置設(shè)施大幅度減少,其運(yùn)行費(fèi)用亦十分低廉。據(jù)估算,生態(tài)濾床處理剩余污泥的工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用可比常規(guī)方法大幅度節(jié)省,具有工程應(yīng)用潛力。

是否還有其他微型動(dòng)物可以應(yīng)用,如輪蟲、 線蟲或者別的寡毛蚓類,投放的微型動(dòng)物與所處理的污水類型有沒有關(guān)系,以及有沒有更簡(jiǎn)單高效的微型動(dòng)物哺育系統(tǒng),這些都是將來(lái)需要深入研究的問題。由于這些研究尚處于起步階段,要將這些觀念和方法應(yīng)用于具體的工程實(shí)踐,仍有很多問題需要解決。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

4無(wú)剩余污泥排放

4.1臭氧處理法

部分回流污泥引入臭氧處理器中，進(jìn)行臭氧連續(xù)循環(huán)處理。用臭氧對(duì)污泥進(jìn)行處理,細(xì)菌被殺死,細(xì)胞壁被破壞,細(xì)胞質(zhì)溶出,便于生物分解。臭氧的強(qiáng)氧化性，溶解、氧化污泥中的有機(jī)成分，再返回至曝氣池，達(dá)到廢水、污泥雙重處理的功效，臭氧與細(xì)胞進(jìn)行反應(yīng)時(shí)并非使細(xì)菌成分無(wú)機(jī)化,主要是使菌體外的多糖類及細(xì)胞壁成分轉(zhuǎn)化為特別容易生物降解的分子，該方法適合于可生化性較好，含磷量低于排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水，但設(shè)施負(fù)荷不易過大。有研究表示，臭氧處理污泥的循環(huán)率保持在0. 3左右是保證“零”污泥的條件，換句話說(shuō)，由臭氧處理過的約 1/ 3 的污泥在曝氣槽內(nèi)被生物分解而無(wú)機(jī)化(氣體化) ,殘余的2/ 3 又變換為活性污泥。另外在pH 值保持在3 時(shí),臭氧反應(yīng)得到促進(jìn)。 4.2 多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣法把曝氣池分隔成若干格，相互間具有一定的獨(dú)立性，并在其中掛上填料，填料要選用易掛膜不易脫落的品種。其第一格可稱為細(xì)菌生長(zhǎng)區(qū)，濃度負(fù)荷較高，環(huán)境相對(duì)不穩(wěn)定，第二格為原生動(dòng)物生長(zhǎng)區(qū)，濃度大致只有前面的+ 6 %，第三、第四格有機(jī)物濃度降至更低，環(huán)境更為穩(wěn)定，適合后生動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖。第三格、第四格內(nèi)原生動(dòng)物又被后生動(dòng)物吞食，死后的后生動(dòng)物被細(xì)菌分解。在污水處理工藝中成功地銜接該生物鏈，則必將使剩余污泥量大為減少。

4.3污泥機(jī)械破碎法

把機(jī)械濃縮之后的污泥用機(jī)械破碎（如一般的食品粉碎機(jī)），把破碎之后的污泥在匯流到暴氣池， 污泥破碎后， 部分成為可溶性物質(zhì)，因此破碎污泥的濃度下降而上清液濃度上升�？偟目磥�(lái)，減量效果顯著， 只是處理水質(zhì)較參照系有所下降， 因而高負(fù)荷的設(shè)計(jì)值應(yīng)予避免。

4.4 多級(jí)活性生化處理工藝

其實(shí)它也是生物法的一種，只是在運(yùn)行設(shè)備上的改進(jìn)，得以使剩余污泥為“零”排放。系統(tǒng)是一組從空間上分隔成串聯(lián)的 8～ 12個(gè)單元的微生物菌群來(lái)凈化水中的污染物質(zhì),這些微生物菌群形成食物鏈,模擬自然生態(tài)環(huán)境, 使每一種生物成為食物鏈上上一級(jí)微生物的“糧食”,前段的微生物、自身氧化的微生物及剩余微生物的殘?bào)w被后段的微生物吃掉,從而使整個(gè)系統(tǒng)不產(chǎn)生剩余污泥。每個(gè)單元設(shè)有單獨(dú)控制的曝氣裝置, 和單獨(dú)的填料框架和填料。填料為經(jīng)過特殊處理的合成纖維,用以固定水中的微生物。菌種是經(jīng)過馴化的,能夠構(gòu)成食物鏈的一組微生物菌群,以干污泥的形式作為接種污泥,從而加快微生物的培養(yǎng)。 實(shí)例運(yùn)用： 北京某油脂廠,廢水間歇排放,平均水量100 噸/天,進(jìn)水 CODcr平均濃度1292mg/L,出水 CODcr 平均濃度82mg/L , CODcr 平均去除率93%。

5新的進(jìn)展：濕式——氧化兩相技術(shù)（WAO）

將溶解和懸浮在水中的有機(jī)物和還原性無(wú)機(jī)物，在液態(tài)下加壓加溫， 并且利用空氣中的氧氣將其氧化分解的以達(dá)到減少污泥產(chǎn)量的目的。濕式氧化采用間歇式高壓反應(yīng)釜，厭氧采用兩相厭氧反應(yīng)器UASB。運(yùn)行結(jié)果顯示：對(duì)化工污泥和煉油污泥有良好的去除率，和良好的穩(wěn)定性，經(jīng)過處理之后的污泥中的水分被釋放出來(lái)，從而有利于污泥的沉降，減少了污泥的體積。齊魯石化公司在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)應(yīng)用了這種工藝，取得良好的效益，濕式氧化—兩相厭氧消化—離心脫水對(duì)COD的去除率為 86.6%～94. 5 %，污泥消化率為 63.1%～75.5%，可減少污泥體積 95%～98.5 % 。

6 小結(jié)

在將污水處理看成一個(gè)生產(chǎn)過程之后,根據(jù)“清潔生產(chǎn)”的原則,對(duì)污泥從源頭進(jìn)行控制。污泥減量化的研究,適應(yīng)了污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性運(yùn)行、防止污水處理出現(xiàn)二次污染、使污水治理更具環(huán)境效益的需要。污泥減量是污水處理中研究的熱點(diǎn)，人們提出了很多方法去除剩余污泥，有的是在試驗(yàn)中取得良好的效果，有的已經(jīng)運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐。本文介紹了一些常用方法：解耦聯(lián)法，高溶解氧法，OSA工藝法，臭氧法，微型生物法。人們根據(jù)上述的方法進(jìn)一步改善提出的理想目標(biāo)： 無(wú)剩余污泥。 目前剩余污泥減量化研究新技術(shù)就是： 濕式——氧化兩相技術(shù)（WAO）。以后將有更多剩余污泥減量化新工藝、新技術(shù)的開發(fā)和研究。只有做到減量化、資源化、無(wú)害化處置剩余污泥,才能從根本上達(dá)到環(huán)保，節(jié)省費(fèi)用的目的。來(lái)源：谷騰水網(wǎng) 作者: 廖陽(yáng)