废水处理中的污泥减量技术研究

曹克胜

（中国电子科技集团公司第五十五研究所，江苏 南京 211100）

当前，社会经济快速发展，工农业生产也在加快，导致工农业废水的产生量日益增加。因此，污水处理的规模越来越大，也产生了大量的污泥。处理污水的污泥中含有较多成分，包括微生物、寄生虫和有毒物质等，如果污泥处理不到位，很容易对水源造成二次污染，还会危害到人们的身体健康。所以，针对污泥的处理需要遵循无害化、减量化和稳定化，可多采用重力浓缩和厌氧化的处理方式[1]。

1 污泥减量技术的应用原理

污泥减量技术主要是应用生物、物理和化学中的规律，通过互相之间发生作用达到污泥减量的效果。①在污泥处理工艺中，通过加入代谢解偶联剂对污泥中的有害物质进行降解，或对污泥中的有机物质进行分解，并对其产生的能量进行分解，使这些物质之间不能再次合成产生分解，通过降低微生物细胞的合成来达到减量的目的，而污泥的转化率也同样会降低[2]。②应用微生物食物链的互相捕食可以减少部分物质和能量的产生，同时微生物还能够增加活性细菌，因细菌自身具有一定的氧化和代谢作用，也可以减少污泥的产生。③将生物、物理和化学等方法有效结合起来，这种技术可以破坏污泥中微生物的细胞壁，有利于细胞壁中的蛋白质、氨基酸等得到进一步释放，使剩余污泥中的分子得到有效溶解，以此达到对有害物质降解的目的，而污泥自身的氧化率也会提高[3]。

2 污泥减量技术的应用

2.1 微生物隐形生长的污泥减量技术

隐形生长是生物研究方面的专业术语，也称为胞溶技术，这种技术也是结合应用化学和物理中的规则，破坏微生物的组织结构和污泥菌胶团中的絮状结构，以改变污泥沉降性实现污泥的减量。这种方法在实际应用中，可有效降解污泥中比较难降解的物质，可使大分子物质转化为小分子物质，并确保微生物可以隐形生长。而微生物的增加促使污泥中的氧化率也进一步提高，有效实现了污泥减量的目的。基于微生物隐形生长的化学方法，在应用中使用的氧化剂有H2O2、O3等。

2.1.1 超声波技术的应用

超声波技术是目前一种比较先进的技术，可在污泥减量工作中单独应用。在污水处理工艺中结合应用超声波技术，可破坏污泥中微生物的细胞壁，从而有利于其中的蛋白质和脂肪得到释放，以此达到减量的效果和目的。还有一些研究，将超声波与厌氧技术等进行结合，都取得了较好的效果[4]。但在实际应用中，超声波技术会受到超声波频率、生能密度等因素的影响，且有关实践证明，超声波频率较大会影响到破解的效率。因此，在超声波应用过程中，需要控制超声波的频率，一般多采用小于40 Hz的超声波来完成对污泥的处理工作。目前，应用超声波技术的成本较高，能耗较大，同时也需要控制温度和表面张力等因素，所以，该技术在我国还没有普遍应用。

2.1.2 臭氧氧化技术的应用

臭氧技术在污泥降解中发挥着十分重要的作用，且应用效果较好。臭氧技术的优势主要体现在其降解能力强，可使污泥的处理效率最高达到零排放的效果。其工艺原理是，从对最基本的固体悬浮物的降解，到对固体细胞的溶解，最后释放有机物。应用臭氧技术虽然成本较高，但该技术在应用效果和节约成本方面有着较大的优势[5]。经相关研究证明，在污泥减量中应用臭氧技术，需要花费的成本只占常规处理方法的47%，节约了大笔的污泥处理费用。在我国，臭氧技术的应用主要是针对高浓度的有机废水和难降解废水的前期工作，因此，还需要对臭氧技术在污泥减量中的应用进行不断研究。

2.2 基于解偶联技术的应用

该技术是通过在污泥减量工艺中加入解偶联剂来减少污泥中的微生物数量，破坏微生物细胞之间的合成效率，有效降低污泥中微生物的转化率，以此达到污泥减量的效果和目的。该技术主要是对生成后的能量和有机物进行分解，使微生物后续的合成率明显降低。该技术目前在废水处理工艺中已得到了广泛应用，且技术应用也比较成熟。在实际应用中，只要在常规的废水中加入解偶联剂就可以达到污泥减量的效果，通常主要加入甲基酚、硝基酚等[6]。

在废水中加入药剂时，其加入量需要根据废水量进行对比，且要经过多次实验和操作，并针对不同药剂的加入量制定出对应方案，还需要确保以最小的加入量获得较好的污泥减量效果。需要注意的是，在应用解偶联剂降解污泥中的有机物和重金属时，会对周围的环境造成一定影响，且在长期使用过程中，也会使污泥中的微生物产生抗性，导致以后每一次的加入量都要不断增加。

2.3 基于微生物食物链的污泥减量技术

因污泥中含有的微生物较多，可通过微生物互相捕食的特点延长生物链达到对污泥减量的目的。因废水的污泥中含有细菌等微生物，还有一些微型生物，这些微型生物主要是通过捕食水中的微生物和有机物生存。污泥中的食物链可提高细菌活性，当细菌的代谢能力增强时，可提高对污泥的降解能力，以此达到污泥的减量效果。

污泥中各种微生物细菌的存在，使水下形成一个生态系统，在食物链不断延长的过程中，污泥中的能量会不断减少，由此达到了减量的效果。该项技术的优势在于，成本低，能耗量小。例如，蚯蚓生物滤池就是比较有效的污泥减量技术[6]。在实际应用中，只需要在污泥池中引入蚯蚓，使蚯蚓与微生物之间形成生物链，就会达到污泥减量的效果。经相关研究证明，该技术在污泥减量方面发挥着重要作用，其减量率可达到40%左右，而且将蚯蚓引入到污泥中，会使生物滤池更加通透。

2.4 基于代谢作用的污泥减量技术

微生物维持代谢也可以达到污泥减量的目的，该技术的应用原理主要是通过微生物维持生命达到维持代谢的目的，使产生的部分能量实现细胞物质的交换和移动等生命活动，而代谢作用可使有机物质不能再次合成新的细胞，是通过降低污泥的负荷率达到代谢能量的平衡，以此有效实现污泥减量。在污泥中除了基本的微生物之外，还会存在一些惰性有机物质，这种惰性有机物质并不是不可降解的物质，只是需要较长的降解时间，因此可通过延长污泥龄来降低污泥的产量[7]。

2.5 污泥干化技术的应用

污泥干化技术主要是对污泥进行脱水处理，以有效降低污泥的体积，实现对污泥减量的目的，且还可以降低污泥处理成本。污泥干化技术可分为以下几类[8]。

2.5.1 太阳能干化技术的应用

太阳能干化技术主要是利用太阳能的辐射加热，对污泥中的水分进行蒸发，实现对污泥的干化处理。在应用该技术时，可利用通风系统降低污泥表面的湿度，使污泥干化的速度加快，当污泥中的水分含量只有40%～60%，污泥就会自身发酵。太阳能作为一种绿色能源，其成本低、能耗低，在污泥减量方面有着较大的优势。但该技术很容易受到气候因素的限制，不能持续提供热能，因此，在实际应用过程中，需要引入热泵干燥系统，辅助太阳能技术的应用，以此达到较好的干化效果。通过两种技术的结合使用，大流量的通风系统会加大污泥的干化效果，同时附加的气体收集装置等都不会受到天气因素的影响，有效提高了对污泥的干化处理效果。

2.5.2 生石灰干化技术的应用

生石灰干化技术主要是应用化学反应产生的热量，对污泥进行脱水处理。在实际应用中，生石灰与水会产生化学反应，通常1 kg的生石灰可以蒸发0.32 kg的水，且生石灰与水发生反应后会产生较大的热量，可以杀死污泥中的大量微生物，有效实现了污泥的净化处理。在污泥中添加的生石灰，需要对其的加入量与污泥的含水量作出配比，同时需要通过充分搅拌才可以达到较好的处理效果。

2.5.3 低温干化技术的应用

低温干化技术需使用热泵干化机，而整个干化过程需处在一个封闭的状态中。在实际应用中，热泵干化机的制冷系统可以排出空气中的湿气，使空气变得干燥，同时吸走空气中的热量，通过这一流程，空气会变为干冷空气，空气中的水分凝结排出，在低温状态下使污泥脱水干化。应用该技术，可使污泥含水量的浓缩率达到97%～98%，有效降低了污泥中的含水量，达到了污泥减量的处理效果。

2.6 污泥颗粒化技术在污泥减量中的应用

污泥颗粒化技术主要是让废水中的微生物等聚集成一个密度较大的群体，进一步减小污泥的体积，使颗粒性的污泥有效沉淀，这在污泥处理中起着十分重要的作用。颗粒污泥可以使整个生化系统承受较高浓度的负荷，使污泥结构变得更加紧凑；颗粒污泥可以构建新的生化系统，其中最主要的厌氧颗粒污泥技术在废水处理中起到重要的作用。在对污泥减量的过程中，在选择生化工艺时，需对其参数进行有效控制，以此实现废水中污泥颗粒化的形成，且颗粒污泥在废水中可以快速沉淀，给废水的处理工作带来很大便利，其自身的密度大、结构也稳定，很容易进行处理，这些都有利于污泥减量的效果。

3 污泥减量未来的发展方向

污泥减量是未来废水处理中重要的研究方向，目前，污泥产量日益剧增，因此，对污泥减量技术的研究就显得尤为重要。在未来的工作中，需要做到以下几点：第一，污泥减量技术的应用不能影响到水质，需注重将污泥减量与废水处理有效结合，实现两者之间的兼容；第二，目前的污泥减量机制的实际作用不明确，不能对减量技术进行优化，所以，需要掌握污泥减量的实际规律，对污泥减量的整个过程进行有效控制。第三，在污泥减量工作中，如果技术方法应用不到位，会增加污水处理的负荷，所以，需要重视污泥减量中各种物质的转化，要对污泥中的氮磷进行有效去除；第四，在应用污泥减量技术时，需要做好经济性评估，并不断优化工艺流程，使其在未来的工业化发展中得到广泛应用。

4 结语

综上所述，在目前废水量不断增大的情况下，污泥减量工作发挥着十分重要的作用。因此，需要注重对污泥减量技术进行不断研究，注重应用生物、化学和物理中的各种原则，以此实现污泥减量工作的目标，从而促进我国废水处理水平不断提升。