簡(jiǎn)介： 介紹了污泥減量工藝的新進(jìn)展，如基于代謝解耦聯(lián)理論的投加解耦聯(lián)劑工藝、好氧-沉淀-厭氧工藝以及基于隱性生長(zhǎng)理論的回流溶胞工藝，這些工藝可以實(shí)現(xiàn)污泥的源減量，將來可能會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵字：污泥減量 解耦聯(lián)劑 好氧 沉淀 厭氧工藝

活性污泥法是目前應(yīng)用最廣泛的污水生物處理工藝，但會(huì)產(chǎn)生大量剩余污泥"對(duì)普通活性污泥法來說，初沉池產(chǎn)生的污泥量約為污水處理量的0.2%~0.3%(污泥含水率為95%~97%)，二沉池排出的剩余活性污泥量約為污水處理量的1%~2%(污泥含水率為99.4%~99.6%)"從20世紀(jì)90年代開始，各種污泥減量化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，目前可能應(yīng)用于實(shí)踐的新型污泥減量工藝主要有兩段式好氧生物反應(yīng)器[1]、投加解耦聯(lián)劑、好氧-沉淀-厭氧工藝、回流污泥溶胞工藝等。

1 投加解耦聯(lián)劑

微生物正常情況下的分解代謝和合成代謝通過腺苷三磷酸(ATP)和腺苷二磷酸(ADP)之間的轉(zhuǎn)化耦聯(lián)在一起，即分解一定的底物，將有一定比例的生物體合成。但在特殊情況下，底物被氧化的同時(shí)，ATP不大量合成或者合成以后迅速由其他途徑釋放，這樣細(xì)菌在正常分解底物的同時(shí)，自身合成速度減慢"投加解耦聯(lián)劑是實(shí)現(xiàn)這種代謝解耦聯(lián)的方法之一。解耦聯(lián)劑通常為脂溶性小分子物質(zhì)且一般含有酸性基團(tuán)，其作用機(jī)理是通過與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)子濃度梯度降低。降低后的質(zhì)子濃度梯度不足以驅(qū)動(dòng)ATP合成酶合成ATP，從而減少了氧化磷酸化作用所合成的量，氧化過程中所產(chǎn)生的能量最終以熱的形式被釋放掉，從而降低剩余污泥產(chǎn)生量。

Starand等[2]比較了12種解耦聯(lián)劑，試驗(yàn)結(jié)果表明三氯苯酚(TCP)最有效。在試驗(yàn)開始階段，投加的傳統(tǒng)活性污泥工藝中污泥產(chǎn)率是不投加的50%;但80d后隨著反應(yīng)器內(nèi)TCP水平的降低，污泥產(chǎn)率增加。Chen等[3]研究了3，3‘‘，4‘‘，5-四氯水楊酰苯胺(TCS)在活性污泥法中的減量效果。當(dāng)TCS投加量為0.8/時(shí)污泥產(chǎn)率減少40%，而且沒有影響底物的去除效率。當(dāng)達(dá)到1.2mg/l時(shí)，沒有影響到大腸桿菌個(gè)體大小和細(xì)胞分裂，但大腸桿菌的ATP含量和干密度有所減少。謝敏麗等[4]比較了4種解耦聯(lián)劑(對(duì)氯酚、間氯酚、間硝基酚和鄰硝基酚)，結(jié)果表明間氯酚在減少污泥產(chǎn)率方面是最有效的，同時(shí)對(duì)污水的處理效果影響較小，當(dāng)間氯酚的濃度為20mg/l時(shí)污泥產(chǎn)率下降了86.9%，對(duì)的去除率下降了13.2%。

投加解耦聯(lián)劑減量剩余污泥的最大優(yōu)勢(shì)是不需要對(duì)現(xiàn)有污水處理工藝做大的改進(jìn)，只需增設(shè)投藥裝置即可。但有關(guān)氧化磷酸化解耦聯(lián)的機(jī)理還有許多不明之處，需要結(jié)合生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及毒理學(xué)方面的方法和理論作進(jìn)一步研究。目前解耦聯(lián)劑在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題:①投加的解耦聯(lián)劑在較長(zhǎng)時(shí)間后由于微生物的馴化而被降解，從而失去解耦聯(lián)作用;②加入解耦聯(lián)劑后雖然污泥的產(chǎn)量降低了，但需要更多的氧去氧化未能轉(zhuǎn)化成污泥的有機(jī)物，從而使供氧量增加;③目前試驗(yàn)中投加解耦聯(lián)劑的量一般在1~100/，用量很大，需要對(duì)運(yùn)行費(fèi)用作深入分析;④解耦聯(lián)劑通常是較難生物降解或?qū)ι镉休^大毒性的化合物，微生物對(duì)解耦聯(lián)劑的降解不完全有可能導(dǎo)致潛在的環(huán)境安全問題。

2 好氧-沉淀-厭氧工藝

好氧-沉淀-厭氧工藝(OSA，Oxic-Settling-Anaerobic)也是基于代謝解耦聯(lián)理論的污泥減量工藝。其基本原理是，在常規(guī)活性污泥法的污泥回流過程中設(shè)置一個(gè)厭氧段，使微生物交替進(jìn)入好氧和厭氧環(huán)境，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(dòng)的能量被消耗。微生物分解和合成代謝相對(duì)分離，而不像通常條件下緊密耦聯(lián)，從而達(dá)到污泥減量的效果。工藝示意圖見圖1。

Chudoba等[5]發(fā)現(xiàn)OSA工藝比傳統(tǒng)活性污泥工藝污泥產(chǎn)率降低20%~65%，SVI值(60ml/g)也比傳統(tǒng)活性污泥工藝的(200ml/g)低，即OSA工藝可改善污泥的沉降性能。同時(shí)，由于OSA的流程和除磷工藝流程相似，有利于除磷菌的生長(zhǎng)，對(duì)磷的去除優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。也有研究者認(rèn)為OSA系統(tǒng)污泥減量的原因不僅僅是能量解耦聯(lián)，Chen等[6]發(fā)現(xiàn)在OSA系統(tǒng)中，當(dāng)厭氧池中氧化還原電位 (ORP)保持在-250mV時(shí)，剩余污泥減量50%，對(duì)出水沒有影響且污泥的沉降性能更好;他通過試驗(yàn)比較了能量解耦聯(lián)、捕食者生長(zhǎng)、微生物促進(jìn)有機(jī)質(zhì)溶解和污泥腐化破解等因素的影響，認(rèn)為厭氧池中污泥腐化破解是促進(jìn)OSA系統(tǒng)污泥產(chǎn)生量減少的主要原因。國(guó)內(nèi)朱振超等[7]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。

在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，污泥產(chǎn)量隨著污泥負(fù)荷增加而增加，但在OSA工藝中污泥產(chǎn)量反而下降，而且OSA還可以改善污泥的脫水性能，增加除磷能力，因此OSA工藝可以應(yīng)用在進(jìn)水有機(jī)物濃度較高的條件下，具有較廣闊的發(fā)展前景。OSA工藝的不足是水力停留時(shí)間較長(zhǎng)(是常規(guī)活性污泥法的兩倍)，而且需要設(shè)置厭氧段，增加了基建費(fèi)用和占地面積。

3 回流污泥溶胞工藝

根據(jù)污水生物處理工藝中微生物的代謝特性污水中的有機(jī)物一部分被微生物分解提供其生命活動(dòng)的能量，最終代謝為二氧化碳和水分等;另一部分用來增殖，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為新的生物體。如果增長(zhǎng)的生物體可以作為微生物的底物并重復(fù)上述代謝過程就可以減少污泥的產(chǎn)生量。微生物基于自身細(xì)胞溶解形成的二次基質(zhì)的生長(zhǎng)方式稱之為隱性生長(zhǎng)(Cryptic growth或Death-regeneration)。隱性生長(zhǎng)過程包括溶胞和生長(zhǎng)，其中污泥細(xì)胞自身的解體是污泥降解的限速步驟，可以利用各種物理、化學(xué)和生物方法加速這一步驟。這種方法在工程上便于實(shí)現(xiàn)，只要在回流污泥管路上增加溶胞系統(tǒng)即可。

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，此外污泥菌體破解后，細(xì)胞壁碎片等生物難降解物進(jìn)入污水中會(huì)引起出水中COD、SS有所增加[8]，同時(shí)由于系統(tǒng)排泥量減少，如果單位排泥中的氮磷含量保持不變，出水中的氮和磷會(huì)增加。

化學(xué)溶胞方法包括臭氧溶胞、過氧乙酸溶胞、氯氣溶胞等，其中臭氧研究最多。臭氧可以破壞細(xì)胞壁、細(xì)胞膜而使蛋白質(zhì)、多聚糖、脂肪、核酸等從細(xì)胞中釋放出來。Kamiya等[9]發(fā)現(xiàn)間歇式臭氧氧化效果優(yōu)于連續(xù)式，間歇式操作時(shí)臭氧投加量為9.0~11.0mg/(gSSd)即可使污泥減量50%，而要達(dá)到同樣的減量效果，連續(xù)式操作所需的臭氧投加量為30 mg/(gSSd).金瑞洪等[10]利用SBR和污泥臭氧化及回流裝置組成污水處理系統(tǒng)，在當(dāng)臭氧投加量為0.0gO3/gSS且污泥回流量為0.4l/(l.d)時(shí)，污泥觀測(cè)產(chǎn)率可接近零，而且系統(tǒng)COD去除率、污泥沉降性能無明顯變化。利用氯氣對(duì)污泥進(jìn)行減量的原理和臭氧相同，Saby等在氯的投加量為133mg/gMLSS時(shí)，污泥產(chǎn)生量減少了65%，但是污泥沉降性能惡化，同時(shí)出水含量增加。過氧乙酸(PAA)具有和臭氧相似的強(qiáng)氧化效果，而且價(jià)格低廉，產(chǎn)物無毒，易被微生物代謝，0.01%PAA溶液和污泥反應(yīng)6h后，基本上不殘留PAA和H2O2，其處理后的污泥混合液具有較好的生物可降解性�；瘜W(xué)溶胞方法的缺點(diǎn)是:①投藥增加了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，而且對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕作用; ②系統(tǒng)去除氮磷的效果不好，出水SS濃度略高于傳統(tǒng)活性污泥法，污泥沉降性能可能惡化; ③長(zhǎng)期無污泥排放時(shí)，污泥中重金屬含量和傳統(tǒng)活性污泥法相比有一定增加; ④為了保證曝氣池中生物對(duì)回流基質(zhì)的利用，需要增加曝氣量，相應(yīng)的動(dòng)力費(fèi)用會(huì)增加; ⑤溶胞過程有可能產(chǎn)生其他有機(jī)污染物，如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，這是不容忽視的問題。

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(duì)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(duì)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。

4 結(jié)語

污泥產(chǎn)生量的不斷增加給其后續(xù)處理處置帶來了沉重壓力，而且不恰當(dāng)?shù)奶幚磉�會(huì)造成二次污染，因此源削減是污泥處理的首要原則。新型污泥減量工藝的應(yīng)用可以在保證污水處理效果的前提下大幅減少污泥的產(chǎn)生量，從而實(shí)現(xiàn)污水處理的可持續(xù)發(fā)展。然而這些工藝的機(jī)理和參數(shù)還有待于進(jìn)一步研究，出水質(zhì)量還有待于進(jìn)一步提高，隨著這些問題的逐步解決，污泥減量工藝將得到更廣泛的應(yīng)用。

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