城鎮污水廠剩余污泥原位減量技術的研究進展

陳 興 趙 可 王存富

（1吉林建筑大學市政與環境工程學院 吉林長春 130118 2長春市城開水務串湖污水處理廠 吉林長春 130118）

引言

作為污水處理過程中的副產物，剩余污泥的產量隨著國家污水排放標準的提高以及新建污水處理廠的數量的增加而增加，大量的剩余污泥將增加污水處理廠的運行費用和污泥的處理、處置費用，同時也會對自然環境帶來二次污染問題。針對以上存在的問題，國內外學者提出了污泥原位減量法[1]，即在污水處理過程中使產量減小，因此污泥原位減量與污泥的后續減量法相比具備很多的優勢，其中最大的優勢是在源頭減少剩余污泥的產量，降低污泥后續處理及處置費用。近年來國內外學者從不同角度對污泥原位減量技術的機理進行了研究，其主要分為溶胞-隱形生長、解偶聯代謝、內源代謝、微生物捕食等四種污泥減量技術。

1 溶胞-隱形生長

溶胞-隱形生長是指微生物細胞衰亡后，胞內物質（含碳有機物及營養物質）通過溶胞釋放到系統中，一部分被活細胞增長的再利用，另一部分作為呼吸代謝產物被釋放從而實現污泥減量的過程。整個過程包括溶胞與隱形生長兩個階段，其中溶胞階段為限制階段，其效率決定污泥產率的大小，在隱形生長階段，微生物利用生長的底物包括自產與原有兩種，在污水中難以區分[2]。通過一些外部處理技術可以引起溶胞現象，影響后續的隱形生長過程，達到污泥原位減量的目的，基于該機理的污泥原位減量技術應用最為廣泛，其中溶胞方法包括物理法、化學法和生物法。

藍王誠[3]利用高壓均質技術對污泥進行溶胞處理，剩余污泥排放量減少了42.4%。Yasui H[4]等人使用臭氧對剩余污泥進行氧化處理效果進行研究，研究表明在臭氧劑量為0.15mgO3/mgTSS，COD負荷為550kg/d，當處理污泥量是預期污泥減少量的3.3倍時，污泥減量率為100%。王敏[5]等人利用多功能微生物菌劑對污泥減量效果進行研究，研究表明當微生物菌劑投加量為處理水量的0.01%，投加頻率為1次/月，運行時間為78d，污泥減量率為89.18%。

利用物理法進行污泥減量效果較好，但是存在能耗較高，設備耗損快，污泥沉降性惡化等問題，而利用化學氧化技術會產生有毒副產物，污泥沉降性能變差。生物法強化溶胞過程的優勢不易產生二次污染、污染物去除效果較好，但菌劑的價格過于昂貴。

2 解偶聯代謝

微生物通過底物氧化（異化作用）將底物轉化為能量和代謝基質，其中產生的能量用于維持自身生命活動以及細胞合成（同化作用），而代謝基質通過同化作用合成新的微生物個體。在異化作用和同化作用中ATP作為能量傳遞的媒介發揮重要作用。ATP分解為ADP和P的過程中釋放的能量用于同化作用及維持細胞生命活動。在特殊情況下，異化作用和同化作用之間的能級差被擴大，異化作用產生能量大部分用于維持微生物生命活動以熱量的形式散失，而用于同化作用的所必須的能量被減少，致使微生物的產率降低，污泥產量減少，這種現象稱為解偶聯代謝[6]。該方法旨不影響污水中污染物去除效果的的基礎下，通過解偶聯作用將用于細胞合成的能量降低，減少污泥產量。

投加解偶聯劑是實現解偶聯代謝最容易的方法，在解偶聯劑的研究中最多的是苯酚類化合物及其衍生物[7]，如2，4-二硝基苯酚（DNP）、對-硝基苯酚（p-NP）、2，4，5-三氯苯酚(TCP)等。CHEN GW[8]發現DNP在10mg/L或更低時，可以顯著降低污泥產量和相對比生長速率，向SBR工藝中投5.0mg/L DNP，運行時間30d，污泥減量效率為21%。張斌[9]利用OSA工藝評估污泥減量效果，當水溫為40℃，污泥濃度為11000mg/L，水力停留時間為11h，OSA工藝的污泥產率系數（Yobs）比傳統活性污泥工藝降低了58%。

解偶聯劑不利于長期使用，易生成難降解、有毒性的有機物，同時會對環境產生二次污染。OSA工藝結構簡單更便于新舊污水處理廠的建設與改造，但在厭氧階段，低ORP值會導致出水的PO4-的濃度增加，同時增強硫酸鹽還原菌的活性，大量的H2S易回流至污泥系統中影響污染物處理效果。

3 內源代謝

當外源基質充足時，微生物氧化降解外源基質獲得的能量將用于維持自身生命活動和細胞合成。當外源基質匱乏時，微生物氧化降解內源基質（如細胞內儲存的糖原、多羥基烷酸酯、PHA等基質）來提供細胞維持自身生命活動所需的能量，而且此部分能量不用于細胞合成，這種在外源基質匱乏時不進行細胞合成而耗能維持生存的狀態稱為內源代謝[10]。通過提高微生物活性，可以提高微生物維持生存所需能耗，減少用于微生物用于繁殖的能量，降低污泥產量。通過MBR[11]反應器可以為微生物提供附著空間，并為其提供充足的氧氣用于生長繁殖，同時便于提高SRT和污泥濃度等運行參數，有利于微生物的內源代謝，實現污泥減量。

基于內源代謝機理的污泥原位減量效果較好，理論上可以實現100%污泥減量率，但設備的投資成本以及污染等問題并沒有很好的解決，因此限制了該工藝的大規模使用。

4 微生物捕食

污水生物處理工藝實質上是由細菌和微型動物組成的復雜生態系統，污水中的有機物被細菌分解，將獲得的能量用于新陳代謝，而細菌又被更高級的原生/后生動物所捕食。當微生物在捕食與被捕食的過程中，系統中生物總量減少，同時隨著食物鏈的延長，營養級發生轉變，能量以熱量和排泄物的形式流失也越大，從而降低了微生物增殖量，實現污泥減量[12]。微生物捕食污泥原位減量技術主要是利用原生動物與后生動物捕食懸浮液中的細菌導致食物鏈中的能量損失，從而實現污泥產量的減少。Wei[13]等人提出了將捕食反應器與傳統活性污泥工藝的組合工藝，通過接種正顫蚓和蠕蟲對細菌進行捕食，預處理污泥產量低于未添加蠕蟲的反應器48%-59%，同時具有良好的污泥沉降性能。微生物的捕食方式是非定向的，一些硝化菌可能被捕食，從而影響氮的去除效果，所以要實現大規模的推廣運行，仍需進一步深入研究。

結語

（1）基于不同污泥減量機理所產生的污泥減量技術，雖取得良好的污泥減量效果，但存在技術上的不足，仍需進一步完善。

（2）生物溶胞技術可以保證不影響污染物的去除效能以及污泥性狀的基礎上實現污泥減量，應該是未來重點考慮的原位減量技術。

（3）基于不同污泥減量機理的聯合污泥減量技術可以取得較好的污泥減量效果。