城镇污水厂剩余污泥原位减量技术的研究进展

陈 兴 赵 可 王存富

（1吉林建筑大学市政与环境工程学院 吉林长春 130118 2长春市城开水务串湖污水处理厂 吉林长春 130118）

引言

作为污水处理过程中的副产物，剩余污泥的产量随着国家污水排放标准的提高以及新建污水处理厂的数量的增加而增加，大量的剩余污泥将增加污水处理厂的运行费用和污泥的处理、处置费用，同时也会对自然环境带来二次污染问题。针对以上存在的问题，国内外学者提出了污泥原位减量法[1]，即在污水处理过程中使产量减小，因此污泥原位减量与污泥的后续减量法相比具备很多的优势，其中最大的优势是在源头减少剩余污泥的产量，降低污泥后续处理及处置费用。近年来国内外学者从不同角度对污泥原位减量技术的机理进行了研究，其主要分为溶胞-隐形生长、解偶联代谢、内源代谢、微生物捕食等四种污泥减量技术。

1 溶胞-隐形生长

溶胞-隐形生长是指微生物细胞衰亡后，胞内物质（含碳有机物及营养物质）通过溶胞释放到系统中，一部分被活细胞增长的再利用，另一部分作为呼吸代谢产物被释放从而实现污泥减量的过程。整个过程包括溶胞与隐形生长两个阶段，其中溶胞阶段为限制阶段，其效率决定污泥产率的大小，在隐形生长阶段，微生物利用生长的底物包括自产与原有两种，在污水中难以区分[2]。通过一些外部处理技术可以引起溶胞现象，影响后续的隐形生长过程，达到污泥原位减量的目的，基于该机理的污泥原位减量技术应用最为广泛，其中溶胞方法包括物理法、化学法和生物法。

蓝王诚[3]利用高压均质技术对污泥进行溶胞处理，剩余污泥排放量减少了42.4%。Yasui H[4]等人使用臭氧对剩余污泥进行氧化处理效果进行研究，研究表明在臭氧剂量为0.15mgO3/mgTSS，COD负荷为550kg/d，当处理污泥量是预期污泥减少量的3.3倍时，污泥减量率为100%。王敏[5]等人利用多功能微生物菌剂对污泥减量效果进行研究，研究表明当微生物菌剂投加量为处理水量的0.01%，投加频率为1次/月，运行时间为78d，污泥减量率为89.18%。

利用物理法进行污泥减量效果较好，但是存在能耗较高，设备耗损快，污泥沉降性恶化等问题，而利用化学氧化技术会产生有毒副产物，污泥沉降性能变差。生物法强化溶胞过程的优势不易产生二次污染、污染物去除效果较好，但菌剂的价格过于昂贵。

2 解偶联代谢

微生物通过底物氧化（异化作用）将底物转化为能量和代谢基质，其中产生的能量用于维持自身生命活动以及细胞合成（同化作用），而代谢基质通过同化作用合成新的微生物个体。在异化作用和同化作用中ATP作为能量传递的媒介发挥重要作用。ATP分解为ADP和P的过程中释放的能量用于同化作用及维持细胞生命活动。在特殊情况下，异化作用和同化作用之间的能级差被扩大，异化作用产生能量大部分用于维持微生物生命活动以热量的形式散失，而用于同化作用的所必须的能量被减少，致使微生物的产率降低，污泥产量减少，这种现象称为解偶联代谢[6]。该方法旨不影响污水中污染物去除效果的的基础下，通过解偶联作用将用于细胞合成的能量降低，减少污泥产量。

投加解偶联剂是实现解偶联代谢最容易的方法，在解偶联剂的研究中最多的是苯酚类化合物及其衍生物[7]，如2，4-二硝基苯酚（DNP）、对-硝基苯酚（p-NP）、2，4，5-三氯苯酚(TCP)等。CHEN GW[8]发现DNP在10mg/L或更低时，可以显著降低污泥产量和相对比生长速率，向SBR工艺中投5.0mg/L DNP，运行时间30d，污泥减量效率为21%。张斌[9]利用OSA工艺评估污泥减量效果，当水温为40℃，污泥浓度为11000mg/L，水力停留时间为11h，OSA工艺的污泥产率系数（Yobs）比传统活性污泥工艺降低了58%。

解偶联剂不利于长期使用，易生成难降解、有毒性的有机物，同时会对环境产生二次污染。OSA工艺结构简单更便于新旧污水处理厂的建设与改造，但在厌氧阶段，低ORP值会导致出水的PO4-的浓度增加，同时增强硫酸盐还原菌的活性，大量的H2S易回流至污泥系统中影响污染物处理效果。

3 内源代谢

当外源基质充足时，微生物氧化降解外源基质获得的能量将用于维持自身生命活动和细胞合成。当外源基质匮乏时，微生物氧化降解内源基质（如细胞内储存的糖原、多羟基烷酸酯、PHA等基质）来提供细胞维持自身生命活动所需的能量，而且此部分能量不用于细胞合成，这种在外源基质匮乏时不进行细胞合成而耗能维持生存的状态称为内源代谢[10]。通过提高微生物活性，可以提高微生物维持生存所需能耗，减少用于微生物用于繁殖的能量，降低污泥产量。通过MBR[11]反应器可以为微生物提供附着空间，并为其提供充足的氧气用于生长繁殖，同时便于提高SRT和污泥浓度等运行参数，有利于微生物的内源代谢，实现污泥减量。

基于内源代谢机理的污泥原位减量效果较好，理论上可以实现100%污泥减量率，但设备的投资成本以及污染等问题并没有很好的解决，因此限制了该工艺的大规模使用。

4 微生物捕食

污水生物处理工艺实质上是由细菌和微型动物组成的复杂生态系统，污水中的有机物被细菌分解，将获得的能量用于新陈代谢，而细菌又被更高级的原生/后生动物所捕食。当微生物在捕食与被捕食的过程中，系统中生物总量减少，同时随着食物链的延长，营养级发生转变，能量以热量和排泄物的形式流失也越大，从而降低了微生物增殖量，实现污泥减量[12]。微生物捕食污泥原位减量技术主要是利用原生动物与后生动物捕食悬浮液中的细菌导致食物链中的能量损失，从而实现污泥产量的减少。Wei[13]等人提出了将捕食反应器与传统活性污泥工艺的组合工艺，通过接种正颤蚓和蠕虫对细菌进行捕食，预处理污泥产量低于未添加蠕虫的反应器48%-59%，同时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，从而影响氮的去除效果，所以要实现大规模的推广运行，仍需进一步深入研究。

结语

（1）基于不同污泥减量机理所产生的污泥减量技术，虽取得良好的污泥减量效果，但存在技术上的不足，仍需进一步完善。

（2）生物溶胞技术可以保证不影响污染物的去除效能以及污泥性状的基础上实现污泥减量，应该是未来重点考虑的原位减量技术。

（3）基于不同污泥减量机理的联合污泥减量技术可以取得较好的污泥减量效果。