污泥减量新工艺探讨

摘要：介绍了污泥减量工艺的新进展，如基于代谢解耦联理论的投加解耦联剂工艺、好氧-沉淀-厌氧工艺以及基于隐性生长理论的回流溶胞工艺，这些工艺可以实现污泥的源减量，将来可能会得到广泛应用

关键词：污泥减量 解耦联剂 好氧 沉淀 厌氧工艺

　　活性污泥法是目前应用最广泛的污水生物处理工艺，但会产生大量剩余污泥"对普通活性污泥法来说，初沉池产生的污泥量约为污水处理量的0.2%~0.3%(污泥含水率为95%~97%)，二沉池排出的剩余活性污泥量约为污水处理量的1%~2%(污泥含水率为99.4%~99.6%)"从20世纪90年代开始，各种污泥减量化技术得到了迅速发展，目前可能应用于实践的新型污泥减量工艺主要有两段式好氧生物反应器^[1]、投加解耦联剂、好氧-沉淀-厌氧工艺、回流污泥溶胞工艺等。

　　1 投加解耦联剂

　　微生物正常情况下的分解代谢和合成代谢通过腺苷三磷酸(ATP)和腺苷二磷酸(ADP)之间的转化耦联在一起，即分解一定的底物，将有一定比例的生物体合成。但在特殊情况下，底物被氧化的同时，ATP不大量合成或者合成以后迅速由其他途径释放，这样细菌在正常分解底物的同时，自身合成速度减慢"投加解耦联剂是实现这种代谢解耦联的方法之一。解耦联剂通常为脂溶性小分子物质且一般含有酸性基团，其作用机理是通过与H+的结合降低细胞膜对H+的阻力，携带H+跨过细胞膜，使膜两侧的质子浓度梯度降低。降低后的质子浓度梯度不足以驱动ATP合成酶合成ATP，从而减少了氧化磷酸化作用所合成的量，氧化过程中所产生的能量最终以热的形式被释放掉，从而降低剩余污泥产生量。

　　Starand等^[2]比较了12种解耦联剂，试验结果表明三氯苯酚(TCP)最有效。在试验开始阶段，投加的传统活性污泥工艺中污泥产率是不投加的50%;但80d后随着反应器内TCP水平的降低，污泥产率增加。Chen等^[3]研究了3，3'，4'，5-四氯水杨酰苯胺(TCS)在活性污泥法中的减量效果。当TCS投加量为0.8/时污泥产率减少40%，而且没有影响底物的去除效率。当达到1.2mg/l时，没有影响到大肠杆菌个体大小和细胞分裂，但大肠杆菌的ATP含量和干密度有所减少。谢敏丽等^[4]比较了4种解耦联剂(对氯酚、间氯酚、间硝基酚和邻硝基酚)，结果表明间氯酚在减少污泥产率方面是最有效的，同时对污水的处理效果影响较小，当间氯酚的浓度为20mg/l时污泥产率下降了86.9%，对的去除率下降了13.2%。

　　投加解耦联剂减量剩余污泥的最大优势是不需要对现有污水处理工艺做大的改进，只需增设投药装置即可。但有关氧化磷酸化解耦联的机理还有许多不明之处，需要结合生物化学、分子生物学以及毒理学方面的方法和理论作进一步研究。目前解耦联剂在实际应用中存在以下问题:①投加的解耦联剂在较长时间后由于微生物的驯化而被降解，从而失去解耦联作用;②加入解耦联剂后虽然污泥的产量降低了，但需要更多的氧去氧化未能转化成污泥的有机物，从而使供氧量增加;③目前试验中投加解耦联剂的量一般在1~100/，用量很大，需要对运行费用作深入分析;④解耦联剂通常是较难生物降解或对生物有较大毒性的化合物，微生物对解耦联剂的降解不完全有可能导致潜在的环境安全问题。

　　2 好氧-沉淀-厌氧工艺

　　好氧-沉淀-厌氧工艺(OSA，Oxic-Settling-Anaerobic)也是基于代谢解耦联理论的污泥减量工艺。其基本原理是，在常规活性污泥法的污泥回流过程中设置一个厌氧段，使微生物交替进入好氧和厌氧环境，细菌在好氧阶段所获ATP不能立即用于合成新的细胞，而是在厌氧段作为维持细胞生命活动的能量被消耗。微生物分解和合成代谢相对分离，而不像通常条件下紧密耦联，从而达到污泥减量的效果。工艺示意图见图1。

　　图1 工艺示意图

　　Chudoba等^[5]发现OSA工艺比传统活性污泥工艺污泥产率降低20%~65%，SVI值(60ml/g)也比传统活性污泥工艺的(200ml/g)低，即OSA工艺可改善污泥的沉降性能。同时，由于OSA的流程和除磷工艺流程相似，有利于除磷菌的生长，对磷的去除优于传统活性污泥法。也有研究者认为OSA系统污泥减量的原因不仅仅是能量解耦联，Chen等^[6]发现在OSA系统中，当厌氧池中氧化还原电位 (ORP)保持在-250mV时，剩余污泥减量50%，对出水没有影响且污泥的沉降性能更好;他通过试验比较了能量解耦联、捕食者生长、微生物促进有机质溶解和污泥腐化破解等因素的影响，认为厌氧池中污泥腐化破解是促进OSA系统污泥产生量减少的主要原因。国内朱振超等^[7]采用好氧-沉淀-兼氧活性污泥工艺使上海锦纶厂废水处理站的剩余污泥达到零排放。

　　在传统活性污泥工艺中，污泥产量随着污泥负荷增加而增加，但在OSA工艺中污泥产量反而下降，而且OSA还可以改善污泥的脱水性能，增加除磷能力，因此OSA工艺可以应用在进水有机物浓度较高的条件下，具有较广阔的发展前景。OSA工艺的不足是水力停留时间较长(是常规活性污泥法的两倍)，而且需要设置厌氧段，增加了基建费用和占地面积。