17B929025-张天奇-生物化学读书报告

2018 年春季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目:生物化学

学生所在院（系）:环境学院

学生所在学科:环境科学与工程

学生姓名:张天奇

学号:17B929025

学生类别:直博生

考核结果阅卷人

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生物法污泥减量化技术原理探究

张天奇1

（17B929025 哈尔滨工业大学环境学院，哈尔滨150090）

中文摘要：污水在生物处理过程中剩余污泥的处理与处置显著增加了污水处理成本，因此能够在污水处理过程中实现污泥同步减量的水处理工艺备受关注。本文以蠕虫床技术为研究对象，分析了基于生物法污泥减量化技术的MBR-蠕虫床工艺的原理。

关键词：生物法；蠕虫捕食；污泥减量；MBR-蠕虫床工艺

1.引言

随着经济的发展及城市化进程的加速，我国污水处理能力快速增长，日处理量超过了1.6亿立方米。然而，随着污水处理能力的大幅增长，剩余污泥作为污水处理的必然副产物也不断增加。目前我国剩余污泥的处置主要采用土地利用、焚烧和填埋等技术，然而这些传统技术均存在处理成本高、易造成环境二次污染等问题。因此，在污水处理工艺过程中，进行源头削减实现污泥减量的污泥过程减量技术具有广阔的应用前景。

根据污水生物处理过程中污泥减量原理将污泥过程减量技术分为溶胞-隐形生长、代谢解偶联、维持代谢和微型动物捕食。其中利用微型动物捕食进行污泥原位减量技术具有污泥减量效率高、运行成本低、无二次污染等技术优势，是近年来研究热点。

2. 蠕虫捕食特性分析

一般污泥减量所用的蠕虫是水蚯蚓，水蚯蚓是淡水系统中最丰富和最普遍的群体，另外颤蚓、水丝蚓还可作为有机污染指标。这些物种在生活污水处理中也表现了稳定的污泥减量和良好的蠕虫生长。研究表明，水蚯蚓可以在高污染的、有毒的或者氧匮乏的生态系统中生存。在自然栖息地，水蚯蚓在泥沙中穴居，摄入大量的，约自身体积8-9倍的泥沙。由于以

上的优点，水蚯蚓在好氧生活污水处理工艺具备污泥减量的能力。

蠕虫捕食进行污泥减量，避免了环境二次污染，成本低，但利用寡毛类生物作为捕食者，进行污泥减量的过程中仍然会存在各种问题，表1-1所示。蠕虫捕食污泥过程中，蠕虫的生长和繁殖难于控制，蠕虫和污泥之间的关系尚未知，而且亚硝酸盐（NO2-）的释放可能会影响蠕虫的生长和污泥的活性，这些问题都有待于研究和解决。

表1-1 蠕虫捕食污泥的优缺点

优点缺点

蠕虫捕食污泥

减量

成本低捕食生物的种类和数量难于控制

对环境和人体无二

次污染

缓慢生长的功能微生物可能会被捕食

运行条件和蠕虫生长之间的关系未知

出水中会释放NO2-和磷

3. MBR-蠕虫床工艺污泥减量化原理探究

MBR中污泥产生的新细胞，被蠕虫捕食所利用，导致能量损失，从而减少污泥产率。MBR在剧烈曝气的条件下，剪切力用来控制MBR系统的膜污染，但是剪切力也会影响MBR 生物量的物理化学和生物性质，而且研究表明，曝气强度对捕食者具有较大的影响，大的水系蚯蚓、红斑顠虫在低的剪切力条件下会增值，而在高剪切力条件下没有被发现。因此如果将蠕虫接种在MBR反应器中，应考虑MBR的曝气条件及其剪切力对蠕虫生长的影响。图1-1为MBR接种蠕虫的工艺示意图。

图1-1 蠕虫接种MBR反应器结构及原理

蠕虫捕食可以减少MBR运行过程中污泥产生。Navaratna将蠕虫接种在MBR反应器中，研究MBR对持久性有毒除草剂的去除效果，发现在蠕虫存在的情况下，除草剂的去除达到80%，TMP增加速度为2.5 kPa/d，污泥浓度每天为5.5 g/L，当蠕虫的量减少时，膜通量增加，而且当蠕虫量过高，SMP中的碳水化合物的量增加，污泥粒径减小。

如果将蠕虫直接接种到MBR中，蠕虫受反应器中运行环境的影响可能无法长期稳定的生长繁殖，因而污泥减量效果不稳定。将蠕虫床与MBR工艺耦合，组合工艺的污泥减量效果好，污水处理效能高且膜污染得到有效地控制，污泥减量效率是C-MBR的1.9倍，COD 和NH4+-N去除率较C-MBR相差不大，另外胞外聚合物和放线菌减少，污泥颗粒圆度增加，由于污泥性质的改善，因此S-MBR中污染层厚度较小、孔隙率较大、蛋白质和多糖的积累较少，进一步阐释了通过组合工艺对污泥的改良和改性，可有效地控制膜污染。

MBR中的生物化学过程受多种混合微生物种群作用，例如异养和自养菌，原生动物和后生动物，这与活性污泥工艺相似。活性污泥中发现存在少量的后生动物如线虫，轮虫和水系蠕虫，活性污泥中生物捕食生态系统的建立MBR具有较高浓度的生物量，较低的生物产率，剩余污泥的产生较活性污泥工艺少，然而较高的污泥浓度加速了MBR的膜污染过程，降低了MBR的可持续经济运行性，因此生物捕食是平衡MBR运行的有效解决方法。4. 结语

污泥减量，一般被认为是复杂的有机碳被更高等生物体所转化的过程，因此利用蠕虫进行污泥减量被认为是合理的。MBR-蠕虫床组合工艺的研究，对建立污染物质高效去除、污泥减量与膜污染控制一体化的污水处理工艺，以及对我国生活污水处理具有重要意义。

参考文献

[1]刘嘉. MBR-蠕虫床-化学除磷联合系统污水处理及膜污染菌群解析[D].哈尔滨工业大学,2017.

[2]卢耀斌. MBR+蠕虫床污泥减量效能及膜污染控制机制[D].哈尔滨工业大学,2014.

[3]延崇建,韩雪,李伶艳,任正元,崔崇威.MBR+蠕虫床耦合系统内胞外聚合物三维荧光特性[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2012,28(02):166-170+174.