污泥减量化探究与运用

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本文作者：李伟杰李庆涛作者单位：莱钢集团鲁南矿业有限公司

通过溶胞强化细菌自身氧化速率

通过强化细菌的隐性生长也可以达到污泥减量的目的。所谓隐性生长是指细菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，整个过程包含了溶胞和生长。利用各种溶胞技术，使细菌能够迅速死亡并分解成为基质再次被其他细菌所利用，是在污泥减量过程中广为应用的手段。促进细胞溶解，在传统模型中可以认为是增大了细胞衰减速率，这样可以降低剩余污泥的产量。通常可在传统活性污泥法工艺流程中的污泥回流过程中增加相关处理装置。

1物理溶胞技术

1)压力

利用压力溶胞的原理，使细菌的细胞壁在机械压力的作用下破碎，释放出细胞内所含的物质。将压力溶胞技术应用于活性污泥内源呼吸阶段能减少污泥的产量使二沉池污泥减少50%，改善污泥的沉降性能和污泥的脱水性能。此外，还可以利用渗透压由高到低的改变造成水大量进入细胞，导致细胞破裂。

2)加热

利用加热加速细胞溶解的技术在挪威一个大规模污水处理厂中得到应用。近年来已经开展的与膜—生物反应器相结合的工艺，对其中污泥活性、产率系数、溶胞产物及其消耗，细胞内物质的释放、不同温度下对细菌的杀灭速率等方面的研究都有所涉及。在65～90℃时细胞壁被破坏，污泥经热水解处理（90℃，停留3小时）后大部分细胞被杀死，细胞内所含物质释放并被溶解，促进了微生物的隐形增长，污泥产量减少了60%，污泥产率为0.17kgMLSS/kgCOD。然而加热技术处理过程会产生大量臭气；另外，热—化学联合处理技术需维持高温和高PH，因而对设备具有腐蚀性，因此该技术大规模的应用受到一定的限制。

3)超声波

超声波法是利用超声波在液相中产生空化作用，破解污泥絮凝体物、分解细胞、释放细胞物质和胞外聚合物。超声波25～30kHz通过交替的压缩和扩张产生空穴作用，以微气泡的形成、扩张和破裂达到压碎细胞壁、释放细胞内含物的目的。超声波处理只是从物理角度对细胞进行破碎，但与投加碱相比具有在短时间内有迅速释放细胞内物质的优势，但在固体碎屑的水解方面却不如投加碱和加热。碱—超声波处理技术可以改善单独物理工艺（热、超声波）的缺点，提高处理效率。由于超声波的作用受到液体温度、粘度、表面张力以及超声波发生设备的影响，使得超声波法存在声能利用效率低和能耗大的问题，但该工艺与其他污泥处理和处置工艺联合使用，将会具有广阔的应用前景。

2化学溶胞作用

1)酸、碱

酸或碱的作用是在抑制细胞活性的同时，使细胞壁溶解释放细胞内物质，使其能够容易被其他活性污泥所利用。相同pH条件下，H2SO4的溶胞效果要优于HC1，NaOH的效果要优于KOH；在改变相同pH条件下，碱的效果要好于酸，这可能是由于碱对细胞的磷脂双分子层的溶解要优于酸的缘故。如果将加热和碱处理相结合(pH=10，60℃，20min)，细胞溶解最稳定，污泥量是常规活性污泥法的38%-43%，可以收到较好的溶胞效果。

2)臭氧

臭氧具有较强的氧化性，可以与污泥中的绝大部分化合物发生直接或间接反应，破坏不容易被生物降解的细胞膜、细胞壁等，使细胞内物质能较快地溶于水中，同时氧化不容易水解的大分子物质，使其更容易为微生物所利用。Sakai等人研究表明，回流速率(回流污泥流量和曝气池体积之比)为0.3d-1，臭氧浓度在0.02mgO3/mgSS以上时，可以达到污泥的完全减量化。Kamiya等人采用间歇式臭氧处理污泥，以减少臭氧量和控制污泥膨胀，结果表明，间歇式所需臭氧量仅为连续式的30%，污泥产量减少50%，并能有效改善污泥的沉降性，因此臭氧投加剂量和投加方式是今后一个重要研究方向。但利用臭氧处理回流污泥可能存在以下问题：(1)氮和磷的去除效果不好，在传统的污泥减量系统中，污泥的碳化虽可以被臭氧氧化，但是氮和磷却因为臭氧的氧化作用而溶解在污泥上层清夜中，导致出水氮磷浓度升高；(2)不排泥条件下，污泥中重金属的含量和传统活性污泥法相比，有一定增加；(3)降低活性污泥的氧化效率，是一些难降解的有机物随水流出，出水SS浓度要稍高于传统活性污泥法(约2-15mg/L)；(4)臭氧氧化作用不具有选择性。(5)为了保证曝气池中生物对二次基质的利用，需要增加曝气量，但是从污水处理和污泥处理总费用上衡量要比传统传统方法低。

3)氯气

利用氯的氧化性使活性污泥中微生物细胞壁破裂，促进溶胞。Saby等人在氯的投加量为0.066gC12/gMLSS，接触时间为1-10min条件下处理污泥，通过35d的连续试验，发现由于氯气的氧化，曝气池中的MLSS在TS中的比例降低5%-10%左右，污泥絮体平均直径有所降低，而且粒径分布更集中，氯化后污泥减量65%左右，但污泥沉降性能差，出水中溶解的CODcr显著增加。虽然氯气比臭氧便宜，但氯气能够和污泥中的有机物产生反应，生成三氯甲烷(THMs)等氯代有机物，因此制约了氯氧化技术在实际工程中的应用范围。

3生物溶胞

生物溶胞技术，可以投加能分泌胞外酶的细菌，也可以直接投加酶制剂或抗菌素对细菌进行溶胞。酶一方面能够溶解细菌的细胞，同时还可以使不容易生物降解的大分子有机物分解为小分子物质，有利于细菌利用二次基质。投加的细菌可以从消化池中选取，也可以从溶菌酶方面考虑，甚至包括特殊的噬菌体和能分泌溶菌物质的真菌。但是在污水处理中投加酶制剂或是抗菌素在费用上不太现实。

其它减量方法

1淹没式生物膜法

通过在污水反应池中投加填料，利用在填料上生长的生物膜进行污泥减量处理。王宝贞等在设计使用了淹没式生物膜曝气池生物工艺，在运行一年中没有剩余污泥的产生和排放。肖仲斌等进行了试验研究，发现可以较好的降低污泥产量。

2二氧化氯氧化

其原理与臭氧相似，通过强氧化作用破坏细胞并氧化污泥。傅金祥等试验后发现每克干污泥投加10mgClO2能使活性污泥处理系统1个月不排泥，但是出水色度、浊度、COD有所升高。SBR系统50%的剩余污泥经ClO2处理回流后，可使系统污泥减量35.5%。

3接种酶或生物制剂

接种嗜热酶或者生物制剂，与原有的活性污泥结合进行处理。赵维纳等在剩余污泥中接种了嗜热菌的驯化种泥，发现在65℃，处理120h后，TSS和VSS的最大溶解率可分别提达31.94%和48.04%。李俊等使用MCMP生物制剂在某污水厂进行生产性试验后，系统运行6个月没有外排污泥。

4电化学技术

电化学氧化活性污泥减量是在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应，利用在电化学过程形成的强氧化性OH基团破坏污泥的絮凝体结构，使细胞内物质外放。王丽等人通过试验测定，在同心圆式钛涂料网状电极反应器中，PH值为12，在磁力搅拌下中速搅拌，间歇电解60min，污泥的表观溶解效率为29.98%，电解氧化对污泥的溶解效应显著。

结语

污水厂污泥产量的增加给其后续处理处置带来了沉重压力，污泥的减量化是解决污泥出路的最佳处置方法。随着污泥减量化技术的研究和发展，出水质量、副反应产物、反应条件以及二次污染等方面问题的解决，污泥减量工艺将等到更为广泛的应用。