剩余污泥减量技术及其研究进展

150�给水排水�Vol.35�增刊�2009剩余污泥减量技术及其研究进展袁�媛1�于海琴2(1北京城建设计研究总院第六设计所,北京�100037;2北京交通大学土木建筑工程学院市政与环境工程系,北京�100044)��摘要�根据生物处理工艺中影响剩余污泥产生的可能途径,将污泥减量技术分为基于解偶联生长的污泥减量技术、基于隐性生长的溶胞技术、基于食物链作用的生物捕食技术三个方面,并介绍了各种技术的内涵和基本原理。结合国内外污泥减量的研究进展讨论了污泥减量的负面效应和发展方向。关键词�生物处理�污泥减量�解偶联�隐性生长�微型动物捕食��活性污泥法是迄今为止世界上应用最广泛的污水生物处理技术之一,但是它所产生剩余污泥会对环境造成直接或潜在的污染,因此对剩余污泥进行处理和处置具有很强的必要性和重要性。剩余污泥的产量较大,一般占污水处理量的0.3%~0.5%(以含水率97%计)。同时,污泥处理的投资和运行费用巨大,占整个污水处理厂投资及运行费用的25%~65%,已成为污水处理厂面临的沉重负担[1]。在这种情况下,污泥减量技术的发展就应运而生了。如何在保证污水处理效果的前提下,采用适当措施使单位污泥产量降低,已成为污水处理过程中必须关注的重要课题。1�污泥减量技术20世纪90年代,在剩余污泥资源化的基础上,人们提出了污泥减量化的新概念,即通过利用物理、化学、生化的手段,使得整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少。目前广泛使用的是生化方法,生化处理主要是依靠降低微生物产率和增强微生物自身内源呼吸,促进微生物自身的分解,最终达到污泥自身产量的减少[2]。污泥减量的实质即为微生物量的减少。在生物处理过程中,微生物利用废水中的有机物进行合成代谢,在去除污染物的同时使得污泥产量增加;微生物利用内源呼吸作用对自身物质进行消耗,可减少剩余污泥的产量;在各种处理工艺中,生物捕食作用也可减少微生物量,达到污泥减量的目的。因此,要达到污泥减量的目的,可通过以下途径来实现:�减少生物体的产生量;�增强微生物对自身物质的消耗;�强化生物的捕食作用。而物理、化学的方法则存在经济费用较高和二次污染的问题,因而具有一定的推广难度。1.1�基于解偶联生长的污泥减量技术三磷酸腺苷(ATP)是能量转移反应的中心。生物的分解代谢和合成代谢就是通过ATP的分解和转化而联系在一起的。而呼吸作用是合成与分解代谢的速率控制步骤,当此限速步骤不存在时,生物合成速率成为速率控制因素,解偶联新陈代谢就会发生,并且微生物新陈代谢过程中产生的剩余能量没有被用来合成生物体,这种现象就称为解偶联生长(见图1)。此时ATP在分解代谢中的产生速率大于其在合成代谢中的消耗速率,从而减少了生物体的产生量,达到了污泥减量的目的。图1�分解代谢与合成代谢解偶联示意解偶联(uncoupling)最开始的定义是:没有磷酸化的呼吸过程,即氧化和磷酸化相互分离,在降解相同基质条件下,微生物的合成量将降低。也有文献将生物体新陈代谢的分离定义为解偶联生长,这样就有能量解偶联和物质解偶联两种方式[3]。Sroutamer[4]提出微生物解偶联生长可能在以下情况发生:�有解偶联剂存在,影响ATP的合成时;给水排水�Vol.35�增刊�2009151��温度不适宜或有限制性基质存在时;�底物浓度较高,能量过剩引起能量的消散;�在过渡时期即非稳态时期生长。1.2�基于隐性生长的污泥减量化技术通过强化微生物的隐性生长也可以达到污泥减量的目的。所谓隐性生长包含了溶胞和生长两个过程,它是指微生物利用自身细胞的溶解产物进行生长的方式[5]。在污泥减量过程中,通常利用各种溶胞技术使微生物死亡并分解,从而作为可被其他微生物所利用的基质。通常的溶胞技术包括各种物理、化学、生物作用及三者的相互结合。物理作用包括超声波处理和加热、加压等;化学作用则主要包括臭氧氧化溶胞技术和酸、碱作用;生物溶胞技术是指投加抗菌素及酶制剂。工程应用时,通常在活性污泥工艺的回流线上增加相关处理装置,通过溶胞技术强化微生物的自身氧化作用,从而达到污泥减量的目的。溶胞技术具有以下优点:污泥中的基质可以被充分利用,利于高有机含量的污泥被生物再次利用;可充分利用曝气池中的溶解氧;操作简单易行,只需要在回流过程中加入溶胞处理装置。1.3�基于生物捕食的污泥减量技术微型动物的概念是一个模糊的界定。在水处理领域,习惯把原生动物和一些体型较小的后生动物(如轮虫、线虫、大型无脊椎动物如环节纲的蚯蚓和软体动物等)称为微型动物。严格地说,微型动物不是生物分类学上的概念而是一种俗称[3]。利用微型动物的捕食作用,也可有效达到污泥减量的目的。依据生态学原理,能量在食物链中由低营养级向高营养级传递时,会发生损失,而理想状况是能量损失总量最大且生物产生量最小。因此,当食物链越长时,系统的