提要: 介紹了目前國內(nèi)外一些污泥減量的技術(shù)和工藝，如：原生動(dòng)物和后生動(dòng)物攝食細(xì)菌法，能減少污泥產(chǎn)量60%以上，對(duì)于固定式淹沒生物膜法甚至沒有剩余污泥產(chǎn)生；微生物強(qiáng)化法，利用外投優(yōu)化菌種減少污泥排放量16%；投加酶法，將難溶解的大分子有機(jī)污染物分解為易于微生物吸收和利用的小分子溶解性有機(jī)物，既有利于有機(jī)污染物的降解，又能促進(jìn)細(xì)菌的增殖，能減少污泥產(chǎn)量50%；此外還介紹了超聲波技術(shù)、臭氧氧化、Cambi工藝和生物細(xì)胞溶解系統(tǒng)等一系列方法。 
        關(guān)鍵詞: 活性污泥法，污泥減量，二次污泥，生物量

前言

　活性污泥工藝的目的是在最大限度降低BOD的同時(shí)，減少污泥的產(chǎn)量。常規(guī)活性污泥工藝除了氮和磷不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)外，另一個(gè)主要的弱點(diǎn)是污泥產(chǎn)量大。在污水的生物處理過程中產(chǎn)生大量的生物污泥，需要經(jīng)分離、穩(wěn)定、消化、脫水及處置等步驟。這需要大量的基建投資和高昂的運(yùn)行費(fèi)用；從處理到最終處置，污泥的運(yùn)行費(fèi)用約為污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的40%( 烘干)～65%(焚燒)左右。污泥的最終處置常采用填埋、填海或用于農(nóng)業(yè)。但隨著可用土地的減少，和考慮到人體的健康，在污泥用于農(nóng)業(yè)之前必須進(jìn)行進(jìn)一步處理等，污泥的最終處置越來越困難，這使人們對(duì)于能減少污泥產(chǎn)量的生物處理工藝更加感興趣。

　任何一種污泥減量技術(shù)都應(yīng)在減少污泥產(chǎn)量的同時(shí)，不影響工藝的效率或效能。目前一些研究重點(diǎn)都是針對(duì)活性污泥的增生污泥的減量。而活性污泥工藝是發(fā)展得比較完善的工藝，其進(jìn)一步的改進(jìn)應(yīng)滿足如下要求：經(jīng)濟(jì)可行，便于操作管理，有遠(yuǎn)期效益。本文對(duì)目前開發(fā)的污泥減量技術(shù)綜述如下。

1　對(duì)細(xì)菌的捕食(Grazing/Bacterial Predation)

　污水為多種多樣的微生物提供了理想的生存和增殖介質(zhì)，因?yàn)闆]有任何一種單一的微生物能夠利用污水中存在的全部眾多的化合物作為底物，因此最好能建立起由多種多樣的微生物組成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中有多條較長(zhǎng)的食物鏈，如細(xì)菌→原生動(dòng)物→后生動(dòng)物。其中原生動(dòng)物，如纖毛蟲(Ciliate)和后生動(dòng)物，如輪蟲(Rotifers)、寡毛類、環(huán)節(jié)動(dòng)物(Oligocha ete)及線蟲(Nematode)在食物鏈的最高端，起捕食者的作用，它們捕食細(xì)菌，將污泥轉(zhuǎn)化為能量、水和二氧化碳，從而使污泥量減少。
 
　攝食族的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，尤其是寡毛蠕蟲是眾所周知的能減少污泥產(chǎn)量的種群。寡毛蠕蟲位于食物鏈的最頂端，在滴濾池中數(shù)目眾多，在活性污泥處理廠中的污泥中種群不是很多，并且隨著不同的環(huán)境，菌群也不同，這種物理生態(tài)環(huán)境對(duì)于維持寡毛蟲的種群是十分重要的。為了維持浮游蠕蟲在活性污泥法處理廠中的種群數(shù)，蠕蟲的世代時(shí)間必須小于水力停留時(shí)間，否則將隨水流出；對(duì)于固著蠕蟲，在有填料和其他附著介質(zhì)存在的情況下，上述條件并不十分重要。通過對(duì)常規(guī)活性污泥工藝中投加后生動(dòng)物和不投加后生動(dòng)物及加設(shè)填料載體和不加設(shè)填料載體的對(duì)比研究，利用混合液懸浮固體(MLSS)濃度計(jì)算，在蠕蟲存在下，污泥的產(chǎn)量是0.15gMLSS/gCOD，而在正常運(yùn)行條件下污泥的產(chǎn)量是0.40gMLSS/gCOD。

　在好氧工藝中，原生動(dòng)物與后生動(dòng)物是以捕食分散的細(xì)菌維持生命的，促進(jìn)了絮狀或膜狀形成菌的生長(zhǎng)，而常規(guī)工藝中形成的微生物的大部分不能被捕食者消耗。為了克服捕食這一選擇性，促進(jìn)分散微生物的生長(zhǎng)，1996年在瑞典由Lee和Welander等人，進(jìn)行了二段式系統(tǒng)處理人工合成廢水的研究，這個(gè)系統(tǒng)的第一段是完全混合式的反應(yīng)器，沒有生物量的停留，較短的污泥停留時(shí)間能防止捕食者的生長(zhǎng)和促進(jìn)生長(zhǎng)迅速的分散性微生物的生長(zhǎng)。第二段是生物膜過程，以確保較長(zhǎng)的污泥齡和適于捕食者生長(zhǎng)的條件。在此條件下，該系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量?jī)H為0.05～0.17gTSS/gCOD，是常規(guī)工藝污泥量的30%～50%。哈爾濱建筑大學(xué)王寶貞等開發(fā)的淹沒式生物膜污水處理新技術(shù)，采用固定式載體填料，增加了原生動(dòng)物和后生動(dòng)物在曝氣池中的數(shù)量，有效地減少了剩余污泥的產(chǎn)量，小試研究確定其剩余污泥產(chǎn)量?jī)H為常規(guī)活性污泥法的1/10～1/5。采用該技術(shù)的番禺祁福新村污水處理廠(日處理量8000m3/d)，自1998年5月份投產(chǎn)以來一年多沒有剩余污泥產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了污泥的零排放。
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2　微生物強(qiáng)化

　污水處理是利用天然的微生物種群將有機(jī)物氧化為可利用的食物要素。例如：1000g營養(yǎng)物的系統(tǒng)中，其中600g用來合成微生物，400g被氧化成二氧化碳和水。這表明在細(xì)菌生長(zhǎng)階段能減少40%的污泥，如果一個(gè)污水處理系統(tǒng)中的活性污泥能運(yùn)行無限長(zhǎng)時(shí)間，將沒有污泥產(chǎn)生，這實(shí)際上是不可能的。

　微生物強(qiáng)化基于天然系統(tǒng)的微生物并非全都是最有效的微生物。為了提高處理廠的效率，或者將特別選擇的微生物菌株，或者用基因改進(jìn)的菌株投放到污水處理廠中，這種選擇投放的菌株應(yīng)能保持并強(qiáng)化天然存在菌株的活性，從而優(yōu)化和控制微生物種群的平衡。

　微生物優(yōu)先利用水中的溶解性有機(jī)物，然后才降解難溶的有機(jī)物，在降解難溶的有機(jī)物時(shí)，微生物分泌細(xì)胞外酶分解難溶的有機(jī)物。通過選擇性投加外部細(xì)菌進(jìn)入系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)中細(xì)菌的濃度和代謝活性。這就要求投加的菌種不僅能提供現(xiàn)有的菌群，促進(jìn)其生長(zhǎng)，而且能抑制少量的不利生物的生長(zhǎng)，從而增加了單元的處理效率。
 
　外投微生物可以適應(yīng)不同范圍的污水，從污水和原生微生物種群的知識(shí)知道，只有最適宜的微生物投入到系統(tǒng)中，才能存活。例如：脂肪不能為微生物利用，但投加能產(chǎn)生脂肪酶的微生物，脂肪能迅速分解，并形成微生物的組織元素。一家瑞士基礎(chǔ)環(huán)境微生物公司利用外投微生物處理不同類型的污水，其污水處理廠能減少16%的增生污泥量。
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3　代謝終止

　活性污泥處理污水過程，細(xì)菌對(duì)有機(jī)物進(jìn)行代謝降解，在形成二氧化碳和水的同時(shí)，也完成了細(xì)胞的生長(zhǎng)和復(fù)制。這一過程是由復(fù)雜的代謝途徑控制的，它包括分解代謝(分解生物)和合成代謝(釋放能量供給新細(xì)胞生長(zhǎng))。代謝終止就是在分解代謝完成后，合成代謝開始前終止這一過程，從而阻斷了新細(xì)胞的形成。

　據(jù)報(bào)道有許多化學(xué)物質(zhì)能終止分解代謝和合成代謝，如抗生素所含有的細(xì)菌專性環(huán)絲氨酸能阻止細(xì)胞壁的合成作用，其他的化學(xué)物質(zhì)，象2，4-二硝基酚和雙香豆素，能通過干擾ATP從分解代謝到合成代謝的基因鏈傳遞，而終止有氧化作用的磷酸化作用。魚藤酮能終止底物氧化和有氧化作用的磷酸化的煙酰胺腺嘌呤二核酐酸的鏈接，而許多代謝途徑都依賴于DNA步驟，因此魚藤酮的解鏈作用能廣泛地用于不同的途徑�；瘜W(xué)解鏈的優(yōu)點(diǎn)是無須對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行大的改型，缺點(diǎn)是會(huì)將一些化學(xué)物質(zhì)釋放到環(huán)境中去。

4　投加酶

　酶的作用是促進(jìn)污水中的大分子化合物分解變成小分子化合物，釋放出結(jié)合氧，這些簡(jiǎn)單的化合物容易被多種微生物利用。這有利于細(xì)菌的多樣性，并能提高細(xì)菌的活性和繁殖能力，而且有利于形成大量的高等生物，能促進(jìn)高等光合作用生物體的大量增殖，由此又為污水提供了大量的溶解氧。在美國已有許多生物處理系統(tǒng)應(yīng)用了投加酶的方法，以此來控制嗅味、過程的效率和污泥減量。

　酶也可以投加在污水處理廠的進(jìn)水管中，使污水中厭氧種群變?yōu)楹醚醴N群，產(chǎn)生二氧化碳，而不是硫化氫。這有助于改善一沉池的性能，同時(shí)由于光合生物和好氧生物的生長(zhǎng)也改變了系統(tǒng)的生態(tài)。

　滴濾池中的藻類和菌膠團(tuán)變?yōu)楣夂仙�，減少了飛蟲問題，并能使好氧混合系統(tǒng)在高污泥齡、高混合液濃度和較少的溶解氧下工作。低溶解氧濃度促進(jìn)了兼性菌的繁殖，易于將氮、磷轉(zhuǎn)化為可利用的營養(yǎng)源。據(jù)一家美國公司BIOCOPE報(bào)道利用他們開發(fā)的酶溶液，可以將常規(guī)處理的溶解氧降為0.8～1.2mg/L，同時(shí)MLSS為4500～8500mg/L，污泥齡為30～70d，可減少污泥產(chǎn)量50%，取消了污泥消化設(shè)備。
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5　超聲波

　超聲波用于水工業(yè)較早。低強(qiáng)度的超聲波通常用于測(cè)量流量，而將超聲波用于污泥減量是一個(gè)全新的領(lǐng)域。超聲波通過交替的壓縮和擴(kuò)張作用產(chǎn)生空穴作用，在溶液中這個(gè)作用以微氣泡的形成、生長(zhǎng)和破裂來體現(xiàn)，以此壓碎細(xì)胞壁，釋放出細(xì)胞內(nèi)所含的成分和細(xì)胞質(zhì)，以便進(jìn)一步降解。超聲波細(xì)胞處理器能加快細(xì)胞溶解，用于污泥回流系統(tǒng)時(shí)，可強(qiáng)化細(xì)胞的可降解性，減少了污泥的產(chǎn)量；用于污泥脫水設(shè)備時(shí)，有利于污泥脫水和污泥減量。

　超聲波由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，經(jīng)探針導(dǎo)入污水中，超聲波的設(shè)計(jì)頻段在25～30kHz。小于25kHz在人的聽力范圍內(nèi)，產(chǎn)生噪聲問題；而超過35kHz時(shí)，能量利用率低。

　超聲波的作用受到液體的許多參數(shù)的影響，如：溫度、粘度和表面張力等。此外，超聲波與各種液體的接觸時(shí)間、探針的幾何形狀和材質(zhì)也是超聲波應(yīng)用的影響因素。

6　生物細(xì)胞溶解系統(tǒng)

　生物細(xì)胞溶解系統(tǒng)類似于超聲波技術(shù)，將機(jī)械壓力應(yīng)用于污泥的回流系統(tǒng)，壓破細(xì)胞壁，釋放出細(xì)胞內(nèi)所含的物質(zhì)，通常這種破碎作用可減少顆粒污泥的大小，增加生物的比表面積，有利于進(jìn)一步分解。將這種方法應(yīng)用于活性污泥的內(nèi)源呼吸段，能減少剩余污泥的產(chǎn)量。應(yīng)用這種方法的二沉池能減少50%的污泥，并能減少絲狀菌的種群，極大地改善了污泥的沉淀性能和污泥的脫水性能。
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7　臭氧減少剩余污泥量

　在日本的Shima污水處理廠應(yīng)用臭氧技術(shù)運(yùn)行了9個(gè)月而沒有剩余污泥產(chǎn)生。這一運(yùn)行效果是由于臭氧對(duì)部分回流污泥進(jìn)行臭氧化所致。由此提高其生化降解性并在曝氣池中強(qiáng)化生物氧化降解。

　該廠處理污水量為450m3/d。試驗(yàn)證明，污泥減少量與臭氧投加劑量和被處理的污泥量成比例。在該廠的試驗(yàn)證明，為完全消除剩余活性污泥所需的臭氧劑量為0.034kg/kgSS，而需要處理的回流污泥量為常規(guī)污水處理廠剩余污泥量的4倍。
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8　Cambi工藝：同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥減量和生物氣產(chǎn)生

　由Purac開發(fā)的Cambi工藝中，通過水解過程使污泥中的有機(jī)成份從不溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，使有機(jī)物可用于生物降解，即厭氧消化。這一過程是由高溫水解完成的，經(jīng)水解后固體中有機(jī)物大為減少，再進(jìn)行厭氧處理，促進(jìn)了生物氣產(chǎn)量的增加，也可將釋放出的碳作為生物脫氮的碳源。經(jīng)Cambi工藝產(chǎn)生的脫水污泥的總固體含量達(dá)30%～40%，可以直接進(jìn)行污泥焚燒。根據(jù)污泥的來源和組分，這一工藝可以間歇地或連續(xù)地運(yùn)行。

　水解過程由4個(gè)基本步驟組成：均勻混合、預(yù)熱、水解和閃蒸。污泥用離心脫水機(jī)或壓濾機(jī)進(jìn)行預(yù)脫水，在均勻混合池中污泥用一臺(tái)Macerator泵進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。此外用一臺(tái)攪拌機(jī)使污泥混合均勻。水解的主要部分發(fā)生在水解池中，該池在10bar下工作，工作溫度為180℃ ，用蒸氣加熱。對(duì)于城市污水處理后產(chǎn)生的污泥，水解反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間一般為30min。經(jīng)過水解，將污泥中復(fù)雜的有機(jī)物如蛋白質(zhì)、脂肪和纖維素等轉(zhuǎn)化為易于生物降解的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物。最后一個(gè)步驟是閃蒸，利用水解池壓力(10bar)和閃蒸池工作壓力(1～3bar)之間的壓力差，將污泥由水解池壓送到閃蒸池中進(jìn)行閃蒸，將污泥在閃蒸池中產(chǎn)生的蒸氣和高溫上清液回流到預(yù)熱池中與新污泥進(jìn)行混合和稀釋，并將新污泥加熱到80～90℃。預(yù)熱池的工作壓力是 2～3bar，以達(dá)到較高的熱回收率。閃蒸池中的污泥用泵抽送到厭氧處理罐中或其他生物處理設(shè)備中。借助于厭氧處理，污泥中能量的60%～80%轉(zhuǎn)化為生物氣。

　在挪威奧斯陸以北的Hamar建立了一座Cambi工藝污泥處理廠，該廠由Cambi工藝(水解和厭氧消化)、化學(xué)回收和烘干等過程組成。送入該廠的污泥量為1000t/月(20%TS)，經(jīng)脫水后污泥量降至290t/月，經(jīng)烘干和萃取后減少至66t/月，即污泥量減少93%。在烘干和萃取之后 TS減少70%。該系統(tǒng)采用全封閉工作，污泥加熱時(shí)無嗅味釋出。該廠還向Hamar供應(yīng)由生物氣產(chǎn)生的熱能和回收的化學(xué)產(chǎn)品，如利用萃取提取的重金屬等，從而降低了運(yùn)行費(fèi)用和污泥中重金屬的含量。最后的污泥殘?jiān)鼘⒂糜诶盥駨S的回收和植被，水解過程產(chǎn)生的生物氣僅占生物氣產(chǎn)量的10%，預(yù)計(jì)產(chǎn)氣量為2950m3/d。

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