陳 興 趙 可 王存富

（1吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130118 2長(zhǎng)春市城開水務(wù)串湖污水處理廠 吉林長(zhǎng)春 130118）

引言

作為污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，剩余污泥的產(chǎn)量隨著國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高以及新建污水處理廠的數(shù)量的增加而增加，大量的剩余污泥將增加污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用和污泥的處理、處置費(fèi)用，同時(shí)也會(huì)對(duì)自然環(huán)境帶來(lái)二次污染問(wèn)題。針對(duì)以上存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了污泥原位減量法[1]，即在污水處理過(guò)程中使產(chǎn)量減小，因此污泥原位減量與污泥的后續(xù)減量法相比具備很多的優(yōu)勢(shì)，其中最大的優(yōu)勢(shì)是在源頭減少剩余污泥的產(chǎn)量，降低污泥后續(xù)處理及處置費(fèi)用。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度對(duì)污泥原位減量技術(shù)的機(jī)理進(jìn)行了研究，其主要分為溶胞-隱形生長(zhǎng)、解偶聯(lián)代謝、內(nèi)源代謝、微生物捕食等四種污泥減量技術(shù)。

1 溶胞-隱形生長(zhǎng)

溶胞-隱形生長(zhǎng)是指微生物細(xì)胞衰亡后，胞內(nèi)物質(zhì)（含碳有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）通過(guò)溶胞釋放到系統(tǒng)中，一部分被活細(xì)胞增長(zhǎng)的再利用，另一部分作為呼吸代謝產(chǎn)物被釋放從而實(shí)現(xiàn)污泥減量的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程包括溶胞與隱形生長(zhǎng)兩個(gè)階段，其中溶胞階段為限制階段，其效率決定污泥產(chǎn)率的大小，在隱形生長(zhǎng)階段，微生物利用生長(zhǎng)的底物包括自產(chǎn)與原有兩種，在污水中難以區(qū)分[2]。通過(guò)一些外部處理技術(shù)可以引起溶胞現(xiàn)象，影響后續(xù)的隱形生長(zhǎng)過(guò)程，達(dá)到污泥原位減量的目的，基于該機(jī)理的污泥原位減量技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，其中溶胞方法包括物理法、化學(xué)法和生物法。

藍(lán)王誠(chéng)[3]利用高壓均質(zhì)技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行溶胞處理，剩余污泥排放量減少了42.4%。Yasui H[4]等人使用臭氧對(duì)剩余污泥進(jìn)行氧化處理效果進(jìn)行研究，研究表明在臭氧劑量為0.15mgO3/mgTSS，COD負(fù)荷為550kg/d，當(dāng)處理污泥量是預(yù)期污泥減少量的3.3倍時(shí)，污泥減量率為100%。王敏[5]等人利用多功能微生物菌劑對(duì)污泥減量效果進(jìn)行研究，研究表明當(dāng)微生物菌劑投加量為處理水量的0.01%，投加頻率為1次/月，運(yùn)行時(shí)間為78d，污泥減量率為89.18%。

利用物理法進(jìn)行污泥減量效果較好，但是存在能耗較高，設(shè)備耗損快，污泥沉降性惡化等問(wèn)題，而利用化學(xué)氧化技術(shù)會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，污泥沉降性能變差。生物法強(qiáng)化溶胞過(guò)程的優(yōu)勢(shì)不易產(chǎn)生二次污染、污染物去除效果較好，但菌劑的價(jià)格過(guò)于昂貴。

2 解偶聯(lián)代謝

微生物通過(guò)底物氧化（異化作用）將底物轉(zhuǎn)化為能量和代謝基質(zhì)，其中產(chǎn)生的能量用于維持自身生命活動(dòng)以及細(xì)胞合成（同化作用），而代謝基質(zhì)通過(guò)同化作用合成新的微生物個(gè)體。在異化作用和同化作用中ATP作為能量傳遞的媒介發(fā)揮重要作用。ATP分解為ADP和P的過(guò)程中釋放的能量用于同化作用及維持細(xì)胞生命活動(dòng)。在特殊情況下，異化作用和同化作用之間的能級(jí)差被擴(kuò)大，異化作用產(chǎn)生能量大部分用于維持微生物生命活動(dòng)以熱量的形式散失，而用于同化作用的所必須的能量被減少，致使微生物的產(chǎn)率降低，污泥產(chǎn)量減少，這種現(xiàn)象稱為解偶聯(lián)代謝[6]。該方法旨不影響污水中污染物去除效果的的基礎(chǔ)下，通過(guò)解偶聯(lián)作用將用于細(xì)胞合成的能量降低，減少污泥產(chǎn)量。

投加解偶聯(lián)劑是實(shí)現(xiàn)解偶聯(lián)代謝最容易的方法，在解偶聯(lián)劑的研究中最多的是苯酚類化合物及其衍生物[7]，如2，4-二硝基苯酚（DNP）、對(duì)-硝基苯酚（p-NP）、2，4，5-三氯苯酚(TCP)等。CHEN GW[8]發(fā)現(xiàn)DNP在10mg/L或更低時(shí)，可以顯著降低污泥產(chǎn)量和相對(duì)比生長(zhǎng)速率，向SBR工藝中投5.0mg/L DNP，運(yùn)行時(shí)間30d，污泥減量效率為21%。張斌[9]利用OSA工藝評(píng)估污泥減量效果，當(dāng)水溫為40℃，污泥濃度為11000mg/L，水力停留時(shí)間為11h，OSA工藝的污泥產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）比傳統(tǒng)活性污泥工藝降低了58%。

解偶聯(lián)劑不利于長(zhǎng)期使用，易生成難降解、有毒性的有機(jī)物，同時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。OSA工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單更便于新舊污水處理廠的建設(shè)與改造，但在厭氧階段，低ORP值會(huì)導(dǎo)致出水的PO4-的濃度增加，同時(shí)增強(qiáng)硫酸鹽還原菌的活性，大量的H2S易回流至污泥系統(tǒng)中影響污染物處理效果。

3 內(nèi)源代謝

當(dāng)外源基質(zhì)充足時(shí)，微生物氧化降解外源基質(zhì)獲得的能量將用于維持自身生命活動(dòng)和細(xì)胞合成。當(dāng)外源基質(zhì)匱乏時(shí)，微生物氧化降解內(nèi)源基質(zhì)（如細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的糖原、多羥基烷酸酯、PHA等基質(zhì)）來(lái)提供細(xì)胞維持自身生命活動(dòng)所需的能量，而且此部分能量不用于細(xì)胞合成，這種在外源基質(zhì)匱乏時(shí)不進(jìn)行細(xì)胞合成而耗能維持生存的狀態(tài)稱為內(nèi)源代謝[10]。通過(guò)提高微生物活性，可以提高微生物維持生存所需能耗，減少用于微生物用于繁殖的能量，降低污泥產(chǎn)量。通過(guò)MBR[11]反應(yīng)器可以為微生物提供附著空間，并為其提供充足的氧氣用于生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)便于提高SRT和污泥濃度等運(yùn)行參數(shù)，有利于微生物的內(nèi)源代謝，實(shí)現(xiàn)污泥減量。

基于內(nèi)源代謝機(jī)理的污泥原位減量效果較好，理論上可以實(shí)現(xiàn)100%污泥減量率，但設(shè)備的投資成本以及污染等問(wèn)題并沒(méi)有很好的解決，因此限制了該工藝的大規(guī)模使用。

4 微生物捕食

污水生物處理工藝實(shí)質(zhì)上是由細(xì)菌和微型動(dòng)物組成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，污水中的有機(jī)物被細(xì)菌分解，將獲得的能量用于新陳代謝，而細(xì)菌又被更高級(jí)的原生/后生動(dòng)物所捕食。當(dāng)微生物在捕食與被捕食的過(guò)程中，系統(tǒng)中生物總量減少，同時(shí)隨著食物鏈的延長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，能量以熱量和排泄物的形式流失也越大，從而降低了微生物增殖量，實(shí)現(xiàn)污泥減量[12]。微生物捕食污泥原位減量技術(shù)主要是利用原生動(dòng)物與后生動(dòng)物捕食懸浮液中的細(xì)菌導(dǎo)致食物鏈中的能量損失，從而實(shí)現(xiàn)污泥產(chǎn)量的減少。Wei[13]等人提出了將捕食反應(yīng)器與傳統(tǒng)活性污泥工藝的組合工藝，通過(guò)接種正顫蚓和蠕蟲對(duì)細(xì)菌進(jìn)行捕食，預(yù)處理污泥產(chǎn)量低于未添加蠕蟲的反應(yīng)器48%-59%，同時(shí)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，從而影響氮的去除效果，所以要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣運(yùn)行，仍需進(jìn)一步深入研究。

結(jié)語(yǔ)

（1）基于不同污泥減量機(jī)理所產(chǎn)生的污泥減量技術(shù)，雖取得良好的污泥減量效果，但存在技術(shù)上的不足，仍需進(jìn)一步完善。

（2）生物溶胞技術(shù)可以保證不影響污染物的去除效能以及污泥性狀的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)污泥減量，應(yīng)該是未來(lái)重點(diǎn)考慮的原位減量技術(shù)。

（3）基于不同污泥減量機(jī)理的聯(lián)合污泥減量技術(shù)可以取得較好的污泥減量效果。