污泥减量技术

污泥减量技术

王琳王宝贞

提要: 介绍了目前国内外一些污泥减量的技术和工艺，如：原生动物和后生动物摄食细菌法，能减少污泥产量60%以上，对于固定式淹没生物膜法甚至没有剩余污泥产生；微生物强化法，利用外投优化菌种减少污泥排放量16%；投加酶法，将难溶解的大分子有机污染物分解为易于微生物吸收和利用的小分子溶解性有机物，既有利于有机污染物的降解，又能促进细菌的增殖，能减少污泥产量50%；此外还介绍了超声波技术、臭氧氧化、Cambi工艺和生物细胞溶解系统等一系列方法。

关键词: 关键词活性污泥法污泥减量二次污泥生物量

0 前言

活性污泥工艺的目的是在最大限度降低BOD的同时，减少污泥的产量。常规活性污泥工艺除了氮和磷不易达到排放标准外，另一个主要的弱点是污泥产量大。在污水的生物处理过程中产生大量的生物污泥，需要经分离、稳定、消化、脱水及处置等步骤。这需要大量的基建投资和高昂的运行费用；从处理到最终处置，污泥的运行费用约为污水处理厂总运行费用的40%( 烘干)～65%(焚烧)左右。污泥的最终处置常采用填埋、填海或用于农业。但随着可用土地的减少，和考虑到人体的健康，在污泥用于农业之前必须进行进一步处理等，污泥的最终处置越来越困难，这使人们对于能减少污泥产量的生物处理工艺更加感兴趣。

任何一种污泥减量技术都应在减少污泥产量的同时，不影响工艺的效率或效能。目前一些研究重点都是针对活性污泥的增生污泥的减量。而活性污泥工艺是发展得比较完善的工艺，其进一步的改进应满足如下要求：经济可行，便于操作管理，有远期效益。本文对目前开发的污泥减量技术综述如下。

1 对细菌的捕食(Grazing/Bacterial Predation)

污水为多种多样的微生物提供了理想的生存和增殖介质，因为没有任何一种单一的微生物能够利用污水中存在的全部众多的化合物作为底物，因此最好能建立起由多种多样的微生物组成的复杂的生态系统，其中有多条较长的食物链，如细菌→原生动物→后生动物。其中原生动物，如纤毛虫(Ciliate)和后生动物，如轮虫(Rotifers)、寡毛类、环节动物(Oligocha ete)及线虫(Nematode)在食物链的最高端，起捕食者的作用，它们捕食细菌，将污泥转化为能量、水和二氧化碳，从而使污泥量减少。

摄食族的原生动物和后生动物，尤其是寡毛蠕虫是众所周知的能减少污泥产量的种群。寡毛蠕虫位于食物链的最顶端，在滴滤池中数目众多，在活性污泥处理厂中的污泥中种群不是很多，并且随着不同的环境，菌群也不同，这种物理生态环境对于维持寡毛虫的种群是十分重要的。为了维持浮游蠕虫在活性污泥法处理厂中的种群数，蠕虫的世代时间必须小于水力停留时间，否则将随水流出；对于固着蠕虫，在有填料和其他附着介质存在的情况下，上述条件并不十分重要。通过对常规活性污泥工艺中投加后生动物和不投加后生动物及加设填料载体和不加设填料载体的对比研究，利用混合液悬浮固体(MLSS)浓度计算，在蠕虫存在下，污泥的产量是0.15gMLSS/gCOD，而在正常运行条件下污泥的产量是

0.40gMLSS/gCOD〔1〕。

在好氧工艺中，原生动物与后生动物是以捕食分散的细菌维持生命的，促进了絮状或膜状形成菌的生长，而常规工艺中形成的微生物的大部分不能被捕食者消耗。为了克服捕食这一选择性，促进分散微生物的生长，1996年在瑞典由Lee 和Welander等人，进行了二段式系统处理人工合成废水的研究，这个系统的第一段是完全混合式的反应器，没有生物量的停留，较短的污泥停留时间能防止捕食者的生长和促进生长迅速的分散性微生物的生长。第二段是生物膜过程，以确保较长的污泥龄和适于捕食者生长的条件。在此条件下，该系统的污泥产量仅为0.05～0.17gTSS/gCOD，是常规工艺污泥量的30%～50%〔2〕。哈尔滨建筑大学王宝贞等开发的淹没式生物膜污水处理新技术，采用固定式载体填料，增加

了原生动物和后生动物在曝气池中的数量，有效地减少了剩余污泥的产量，小试研究确定其剩余污泥产量仅为常规活性污泥法的1/10～1/5〔3〕。采用该技术的番禺祁福新村污水处理厂(日处理量8000m3/d)，自1998年5月份投产以来一年多没有剩余污泥产生，实现了污泥的零排放。

2 微生物强化

污水处理是利用天然的微生物种群将有机物氧化为可利用的食物要素。例如：1000g营养物的系统中，其中600g用来合成微生物，400g被氧化成二氧化碳和水。这表明在细菌生长阶段能减少40%的污泥，如果一个污水处理系统中的活性污泥能运行无限长时间，将没有污泥产生，这实际上是不可能的。

微生物强化基于天然系统的微生物并非全都是最有效的微生物。为了提高处理厂的效率，或者将特别选择的微生物菌株，或者用基因改进的菌株投放到污水处理厂中，这种选择投放的菌株应能保持并强化天然存在菌株的活性，从而优化和控制微生物种群的平衡。

微生物优先利用水中的溶解性有机物，然后才降解难溶的有机物，在降解难溶的有机物时，微生物分泌细胞外酶分解难溶的有机物。通过选择性投加外部细菌进入系统，增加了系统中细菌的浓度和代谢活性。这就要求投加的菌种不仅能提供现有的菌群，促进其生长，而且能抑制少量的不利生物的生长，从而增加了单元的处理效率。

外投微生物可以适应不同范围的污水，从污水和原生微生物种群的知识知道，只有最适宜的微生物投入到系统中，才能存活。例如：脂肪不能为微生物利用，但投加能产生脂肪酶的微生物，脂肪能迅速分解，并形成微生物的组织元素。一家瑞士基础环境微生物公司利用外投微生物处理不同类型的污水，其污水处理厂能减少16%的增生污泥量〔4〕。

3 代谢终止

活性污泥处理污水过程，细菌对有机物进行代谢降解，在形成二氧化碳和水的同时，也完成了细胞的生长和复制。这一过程是由复杂的代谢途径控制的，它包括分解代谢(分解生物)和合成代谢(释放能量供给新细胞生长)。代谢终止就是在分解代谢完成后，合成代谢开始前终止这一过程，从而阻断了新细胞的形成。

据报道有许多化学物质能终止分解代谢和合成代谢，如抗生素所含有的细菌专性环丝氨酸能阻止细胞壁的合成作用〔5〕，其他的化学物质，象2，4-二硝基酚和双香豆素，能通过干扰ATP从分解代谢到合成代谢的基因链传递，而终止有氧化作用的磷酸化作用〔2〕。鱼藤酮能终止底物氧化和有氧化作用的磷酸化的烟酰胺腺嘌呤二核酐酸的链接〔6〕，而许多代谢途径都依赖于DNA步骤，因此鱼藤酮的解链作用能广泛地用于不同的途径。化学解链的优点是无须对现有的设备进行大的改型，缺点是会将一些化学物质释放到环境中去。

4 投加酶

酶的作用是促进污水中的大分子化合物分解变成小分子化合物，释放出结合氧，这些简单的化合物容易被多种微生物利用。这有利于细菌的多样性，并能提高细菌的活性和繁殖能力，而且有利于形成大量的高等生物，能促进高等光合作用生物体的大量增殖，由此又为污水提供了大量的溶解氧。在美国已有许多生物处理系统应用了投加酶的方法，以此来控制嗅味、过程的效率和污泥减量。

酶也可以投加在污水处理厂的进水管中，使污水中厌氧种群变为好氧种群，产生二氧化碳，而不是硫化氢。这有助于改善一沉池的性能，同时由于光合生物和好氧生物的生长也改变了系统的生态〔7〕。

滴滤池中的藻类和菌胶团变为光合生物，减少了飞虫问题，并能使好氧混合系统在高污泥龄、高混合液浓度和较少的溶解氧下工作。低溶解氧浓度促进了兼性菌的繁殖，易于将氮、磷转化为可利用的营养源。据一家美国公司BIOCOPE报道利用他们开发的酶溶液，可以将常规处理的溶解氧降为0.8～1.2mg/L，同时MLSS为4500～8500mg/L，污泥龄为30～70d，可减少污泥产量50%，取消了污泥消化设备。