污泥减量技术的研究进展

国 内 张 绍 园 等 ［1］发 现 游 离 型 寡 毛 类 蠕 虫 可 以 在 膜 生 物 反应器（MBR）中自发形成，其中优势种群是红斑 瓢体虫 ，同 时也存在少量仙女虫和吻盲虫属蠕虫。 其后张绍园等［2］发现 二段淹没式膜生物反应器能够增强高能级生物体蠕虫生长 与少产污泥。梁鹏等发现游离型蠕虫种群密度与活性污泥产 率之间呈反比关系， 当在推流式 CAS 中接种一定红斑瓢体
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
环保技术
污泥减量技术的研究ห้องสมุดไป่ตู้展
段伟伟 李绍秀 李冬梅 （广东工业大学土木与交通工程学院 广东广州 510006）
摘要 随着污水处理量增加，污泥的产量也日益增大，在污水处理厂内对污泥减量是解决污泥出路的理想途径。 从微型 动物捕食、微生物代谢解偶联、污泥溶胞等方面阐述了污泥减量化技术及研究进展，并指出研究的发展方向和应用前景。
1 强化微型动物捕食的污泥减量技术
1.1 寡毛类蠕虫污泥减量 寡 毛 类 蠕 虫 是 环 节 动 物 门 （Annelida） 寡 毛 纲
（Oligochaeta）的通称，目前应用于污泥减量工艺研究的寡 毛 类 蠕 虫 主 要 有 两 类 ， 一 类 是 游 离 型 蠕 虫 如 红 斑 瓢 体 虫 （A. hemprichi）和仙女虫属（Nais sp.）等，另一类是附着型蠕虫如 颤蚓科（Tubificidae）和带丝蚓属（Lumbriculus sp.）等。 荷兰科 学家 Ratak 等是最早开始研究寡毛类蠕虫污泥减量技术的 ， 1994 年她观察荷兰某污水厂活性污泥系统中寡毛类 的动态 时，发现仙女虫（Nais elinguis）大量生长，污泥产生量显著减 少，用于曝气的能量也大大降低。 随后，Rensink 发现在塑料 填料上自然生长有颤蚓（Tubifex sp.）、仙女虫和红斑瓢体虫， 没有 这些蠕虫存在时 ，污 泥产量为 0.4kg ／ kg，而 有 这 些 蠕 虫 存在时， 污泥产量就会降为 0.16kg ／ kg， 并不会影响出水水 质。 从此，学者们开始尝试向活性污泥系统中直接投加寡毛 类蠕虫的方式来对污泥减量进行研究，发现蠕虫同时具有污 泥减质和减容效果。许多寡毛类蠕虫污泥减量研究均发现寡 毛类蠕虫有显著的集聚污泥和改善污泥沉降性能的能力，可 实 现对活性污泥的减容，但这方面的研究并不深入和系统。
关键词 污泥 减量化 解偶联代谢 隐性生长 溶胞作用
中 图 分 类 号 ：X703.1
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1672-9064(2011)05－074－4
近年我国污水处理事业得到了很大发展。 截止 2010 年， 城市污水厂的数量已达到 2000 多座。 污水的处理能力从 20 世纪 70 年代的 60 万 m3/d，增加到现在的 7500 万 m3/d，污水 处理率达到 65％。 随着城镇污水厂的进一步普及，污水厂的 数量还会持续上升。 预计到 2015 年我国城市污水厂的数量 将超过 2300 座。 污水厂产生大量的污泥，如何合理的处理处 置污泥已成为环境治理的新难题和新挑战。从源头实行污泥 减量是污泥处理处置的最佳方法。本文就近几年国内外污泥 减量技术的研究进展进行综述。
虫后，能引起 39％～65％的污泥减质率，污泥减质速率（vss）约 为 0.53～6.32kg ／ （kg.d），远好于接种颤蚓时的效果。 然而，像 红斑瓢虫和仙女虫这样的游离蠕虫虽然能够自发形成，并发 挥较好的污泥减质作用，但是由于其在曝气池中的生长和繁 殖不稳定，爆发和消失无规律可循，因此很难应用于实际操 控中。 而附着型蠕虫虽然不易大量自发形成，但是其在自然 界极易获取，生长稳定，便于控制。 Rensink 等首先以投加的 方式将颤蚓应用于活性污泥工艺的研究。他向装有填料的生 物滴滤池中投加颤蚓，发现剩余污泥产量下降了 10％-50％， 剩余污泥产率从 0.4kg ／ kg 降至 0.15kg ／ kg； 同样将颤蚓投入 装 有 填 料 的 氧 化 沟 后 ， 剩 余 污 泥 产 率 从 0.22kg ／ kg 降 至 0.17kg ／ kg，但是其易于沉底且分布不均。 Wei 等人开发一套 集成式蠕虫反应器克服上述难题，用来处理剩余污泥和回流 污泥。 通过提供颤蚓附着的填料，同时通过污泥回流来避免 颤蚓的流失。 我国田禹等［3］人发明的城市污水污泥减量处理 的附着型生物床克服蠕虫附着量小、种群不稳定，工作能力 低 、抵抗水流冲击能力低 的缺陷，使污泥减量 率达 到 70%左 右。 魏源送等人设计推流复合式生物污泥减量反应器、折流 式寡毛类蠕虫污泥减量反应器和竖流复合式生物污泥减量 反 应 器 可 以 为 蠕 虫 提 供 一 个 合 适 的 栖 息 地 ， ［4-6］ 从 而 有 效 提 高污泥减量的效果，其减量效果达到 45%左右。 罗涛 ［7］在膜 生物反应器处理小区生活污水的研究中通过为游离型和附 着性蠕虫提供良好的生长环境使其在反应器中自发形成并 达到一定的规模。通过研究发现这些蠕虫的出现有效的控制 污泥浓度、提高污泥的性能，对污泥的减量起到很大的作用， 真正的实现污水处理的无污泥排放，还可以增强膜的通透性 使膜不易污染。 1.2 蚯蚓污泥减量
近几年国内外研究的热点主要集中在选择高效的代谢 解偶联剂，即在较低浓度下就能抑制污泥的合成代谢，同时 又不影响污泥的分解代谢能力。目前研究较多的解偶联剂是 氯代酚， 硝基酚， 氨基酚、 甲基酚和四氯水杨苯胺。 LOW、 Chen 等在实验室中 研究了 10 多 种 代 谢 解 偶 联 剂 的 减 量 效 果，发现当对硝基苯酚、三氯苯酚、四氯水杨苯胺的浓度分别 在 100、5 和 O.8mg/L 时， 污泥产量分别减少 了 62％，50％和 78％，而污水的处理效果只下降了 10％～15％。Yang 等报道在 邻氯酚、间氯酚、间硝基苯酚和对硝基苯酚四种化合物中，间 硝基苯酚的污泥减量效果最好。解偶联剂的优势是减量效果 好，可操作性强。 存在的问题是长时间用解偶联剂后，微生物 被驯化，解偶联效率可能变低；大部分解偶联剂对环境可能 有毒，应当慎重使用。 陈志英、王磊等人实验研究发现 2，4二 硝 基 苯 酚 （DNP）、 邻 氨 基 苯 酚 （AP）、2，4，6- 三 氯 苯 酚 （TCP）、3，3’，4，5-四 氯 水 杨 酰 苯 胺 （TCS）和 丙 二 酸 在 各 自 的 最 佳 质 量 浓 度 20、15、4、1.2 和 15mg ／ L 时 ， ［10］ 污 泥 的 表 观 增 长系数分别降低了 62.39、63.75、59.4O、34.58％和 53.75%，而 COD 去除率仅有轻微下降。 他们重点研究了 15mg ／ L 的丙二 酸 和 4mg ／ L 的 TCP 对 SBR 系 统 运 行 效 能 和 污 泥 沉 降 性 能 的影响，发现在长期运行过程中，两者都能有效降低系统的 污 泥产量 ，而 对 COD 去 除 率 的 影 响 较 低 ，但 使 用 丙 二 酸 6d 后极大地影响了污泥的沉降性能 ， 而 TCP 对污泥的沉降性 能影响很小。 2.2 高 S0 ／ X0 条件下的解偶联污泥减量
作 者 简 介 ：段 伟 伟 （1985～），男 ，硕 士 ，研 究 方 向 为 水 处 理 技 术 的 研 究 。
2011．NO．5． 74
布水器把剩余污泥直接均匀的分布到反 应器上 ［8］，该滤床以 蚯蚓等微型动物和各种微生物为主形成了生物降解系统，对 剩余污泥进行处理，并取得非常好的效果。 在水力负荷 5.3～ 6.6m3 ／ （m2·d） 时，SS 去除率 为 66.67%～91.13%，VSS 降 解 率 高达 86.67%～96.2O％。 杨健、易当皓等人研究的蚯蚓生物滤 池对剩余污泥进行处理［9］，反应器中部放置填料供蚯 蚓附着 且同时使其剩余污泥通过时起到截留的作用。此反应器在实 现污泥减量化和稳定化的同时，对污泥的沉降、脱水性能均 有一定程度的改善，并且污泥的活性有所降低。 悬浮固体浓 度 （ss） 减 量 率 、 挥 发 性 悬 浮 固 体 浓 度 （vss） 减 量 率 分 别 达 49.5％～55.6％和 60.O％～63.2%。 蚯蚓生物分解处理技术可以 实现城市污泥的“三化”（无害化、资源化、产业化）处理目标， 对环境不产生二次污染，具有流程简单、管理方便、造价和运 行费用低廉，副产物具有经济利用价值、经济效益高等特点， 逐渐成为一种新兴的污泥处置方法，为解决城市污水厂污泥 的最终处置提供了生态利用的途径。
细胞表面的疏水性、 微生物活性和 EPS 的产生都和反 应器中的溶解氧水平有关，这预示着溶解氧对活性污泥的能 量代谢有一定影响，进而影响碳在分解代谢和合成代谢中的 分布。 Abbassi 等人在试验规模的 CAS 反应器中，当溶解氧 从 1.8mg ／ L 增加到 6.0mg ／ L 时， 剩余污泥量从 0.28mgMLss ／ mgBOD5 下降到 0.02mgMLSS ／ mgBOD5。 采用高浓度溶解氧工 艺来实现污泥减量无需对原有设备进行大规模改造，仅需增 大曝气量，操作简单，在相同的污泥停留时间下纯氧系统中 的污泥产率仅为空气系统的 60％， 即使在高污泥负荷率下， 污泥量也 可比传统工艺减少 54％。 与 传统空气曝气 工 艺 相 比，纯氧工艺能使曝气池中维持较高的 MLSS，污泥沉降和浓 缩性能好、污泥产量低、氧气转移效率高、运行稳定。 因此，高 溶解氧工艺在剩余污泥减量和工艺运行效能的提高方面有 很大的潜力。 但增大曝气量势必增加能耗和运行费用，目前 该工艺仍处于实验室研究阶段， 离工业化应用还有一段距 离。
蚯蚓是土壤中最常见的杂食性环节动物，它可以不断地 吞食含有机物质的土壤。由于其高的繁殖能力和其极强的适 应能力，利用蚯蚓养殖处理有机废料和固体废弃物取得非常 好的效果，因此引起了世界上许多国家的重视，现在许多国 家开始用蚯蚓直接处理剩余污泥， 并取得一定的成绩和效 果。 国内的吴敏、马小杰等人设计蚯蚓生物反应器通过旋转
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在高 S0 ／ X0（COD/生物量）条件下，存在过剩能量，由于微 生物在分解代谢中产生 ATP 的速率要大于在合成代谢中消 耗的速率，ATP 产生累积后可能引起能量的耗散从而降低微 生物产率系数，引起合成代谢和分解代谢的解偶联。Liu 等人 研究了在基质充裕条件下能量解偶联联系模型和微生物表 观增长系数模型，为高 S0 ／ X 条件下解偶联提供了理论依据。 但高 S0 ／ X0 条 件还不能用于实际的 污水处理过程 ，因为 城市 生活污水的实 际 S0 ／ X0 常处于 0.01～0.13 范 围 内 ， 而 要 实 现 解偶联，S0 ／ X0 要大于 8。 因此，既要满足足够高的 S0 ／ X0 使代 谢解偶联，又要满足出水水质达标，将会大大增加投资和处 理成本。 而且，在高 S0 ／ X0 条件下，微生物产生的不完全代谢 的产物还可能对整个处理过程产生影响。 2.3 高浓度溶解氧的解偶联污泥减量