废水处理中污泥减量技术现状及发展趋势

近年来，我国的污水处理设施建设得到了显著加强，污水处理率也在逐年提高，污泥量同步显著增加。截至2014年底，我国运行生活污水处理厂近4000座，处理生活污水近1.50×108m3/d，年产生含水量80%的剩余污泥3500多万吨。常规处理剩余污泥的方法是先通过浓缩脱水处理，再经过焚烧、卫生填埋和土地利用等方式对其进行最终处置。但传统处置方式所需要的资金投入量过高，导致污水处理厂难堪重负。由于剩余污泥中含有有害化学物质、细菌、微生物、寄生虫及重金属等，处理不当会造成严重后果。所以无论是卫生填埋还是焚烧，都会遇到选址困难等问题，同时还存在二次污染的风险。污泥减量技术是解决城市污水剩余污泥问题的重要途径之一，目前污泥减量化技术已经成为国内外的研究热点。1基于解偶联的污泥减量技术ATP为细胞的合成、分解代谢过程提供直接的能量，细胞分解有机物为ATP的合成提供能量，而细胞合成过程中分解ATP并释放能量。也就是说，在通常情况下，生物体内的合成代谢和分解代谢是偶联的。在某些不利条件下，如存在重金属、好氧厌氧间交替和有机质子载体情况下会造成细胞的合成、分解代谢过程的失衡或中断，分解代谢所生成的能量并不能全用于细胞的生命维持与生长，此过程称作解偶联[1-2]。当解偶联发生时，微生物的生物量就会减少，进而出现污泥减量的现象。1.1化学解偶联剂化学解偶联剂主要是使细胞膜对H+的阻力降低，细胞膜内外质子浓度降低，进而使得细胞的ATP合成效率下降，所生成的能量大部分用于产热，不能有效的使细胞完成合成代谢过程，通过此方式使污泥产量降低。化学解偶联法应用方便操作简单，便于应用，只要在原有的工艺上配置加药装置即可。主要的化学解偶联剂有：2,4-二硝基苯酚（DNP）、3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺（TCS）、2,4,5-三氯苯酚（TCP）、五氯苯酚（PCP）、对硝基苯酚（pNP）、甲酚和氨基酸等。Low的实验研究显示，在实验室规模下的活性污泥系统中加入对硝基苯酚，生物量可减少49%，同时污泥去除率下降25%[3]。蒋小龙等[4]通过实验得到8种不同解偶联剂处理效果，结果如表1所示。Mayhew发现TCS减少污泥产解偶联剂DNPpNPTCRmNP减量效率/%61.1346.6042.8060.0889.1683.7778.4071.73减量效率/%解偶联剂TCSmCPDCPoCP表18种解偶联剂的污泥减量效率Tab.1Sludgereductionefficiencyof8uncouplingagents废水处理中污泥减量技术现状及发展趋势李立欣1，赵乾身1，马放2，潘鹏志1（1.黑龙江科技大学环境与化工学院，150022；2.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，150090：黑龙江哈尔滨）摘要：随着污水厂污水处理量的不断增加，剩余污泥处理问题变得日益严重，污泥减量技术是目前解决剩余污泥难题的重要途径。从基于解偶联、隐性生长、微型动物捕食等方面阐述了废水处理污泥减量化技术的研究和应用现状，介绍了相关技术及工艺的原理和特点，并提出了其研究的发展趋势。关键词：污泥减量；解偶联；好氧-沉淀-厌氧工艺；隐性生长;微型动物捕食中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-3770(2015)01-0001-004收稿日期：2014-04-21基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（2012BAD14B06-04）；国家自然科学基金（51408200，51478140）；黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12513088，12541701）；黑龙江科技大学青年才俊培养计划（Q20120201）作者简介：李立欣（1980－），男，讲师，研究方向为水处理技术及剩余污泥资源化；电子邮件：lilixin1980@126.com联系作者：马放；电子邮箱：mafang@hit.edu.cn第41卷第1期2015年1月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.41No.1Jan.,20151量的临界值是0.4mg/L，TCS投加量为0.8～1.0mg/L时污泥产量约减少40%，且对COD去除率影响较小[5]。化学解偶联法污泥减量技术优势明显，方便使用，但也存在着一些不足，如解偶联剂的长期使用会使微生物产生驯化作用，失去解偶联作用。一些解偶联剂难于降解且含有毒性，加入后导致COD上升，并且解偶联剂经济成本较高，因此，此技术在实际应有上有一定局限性。1.2高S0/X0条件下的解偶联在高S0/X0（化学需氧量/生物量）值情况下，微生物在分解有机物时产生的ATP速率大于合成时消耗ATP的速率，引起两者的解偶联。目前对于此条件下的污泥减量机理有如下解释[6]：1）在S0/X0值高的情况下，跨膜电位降低，合成能量利用率下降；2）高S0/X0条件下，微生物