污泥減量化技術(shù)的研究進(jìn)展

1、污泥減量化技術(shù)的研究進(jìn)展污泥減量化技術(shù)的研究進(jìn)展摘要：摘要：從現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外污泥處理與處置在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面存在的問(wèn)題出發(fā)闡明了研究污泥減量技術(shù)的緊迫性。根據(jù)生物處理工藝中影響剩余污泥產(chǎn)生的可能途徑將污泥減量技術(shù)分為降低細(xì)菌合成量的解偶聯(lián)技術(shù)、增強(qiáng)微生物利用二次基質(zhì)進(jìn)行隱性生長(zhǎng)的各種溶胞技術(shù)、利用食物鏈作用強(qiáng)化微型動(dòng)物對(duì)細(xì)菌捕食的技術(shù)介紹了各種技術(shù)的研究現(xiàn)狀并比較了減量效果和優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：生物處理污泥減量解偶聯(lián)隱性生長(zhǎng)微型動(dòng)物捕食

2、污水生物處理中產(chǎn)生的大量的剩余污泥通常含有相當(dāng)量的有毒有害物質(zhì)(如寄生蟲(chóng)卵、病原微生物、重金屬)及未穩(wěn)定化的有機(jī)物如果不進(jìn)行妥善處理與處置將會(huì)對(duì)環(huán)境造成直接或潛在的污染。而目前對(duì)剩余污泥的處理與處置存在有效性和經(jīng)濟(jì)性兩方面的問(wèn)題:首先尚無(wú)一種可以推而廣之同時(shí)對(duì)環(huán)境無(wú)污染的有效方法其次各種污泥處理處置方法需要的資金巨大如在歐美污泥處理基建費(fèi)用占污水處理廠總基建費(fèi)用的比例高達(dá)60%—70%[1]。而另一方面隨著城市生活污水處理量和處理率的增

3、加污泥產(chǎn)生量也將急速增加。目前我國(guó)城市污水年排放量已經(jīng)達(dá)到414億m3二級(jí)處理率達(dá)到15%污泥產(chǎn)生量大約為1500萬(wàn)ta左右(按含水率97%計(jì))。按照我國(guó)城市污水處理廠的建設(shè)規(guī)劃2010年我國(guó)城市污水的處理量和處理率都將增加污泥年產(chǎn)量也將相應(yīng)增加到現(xiàn)在的5倍[2]。顯而易見(jiàn)污泥的處理與處置將成為環(huán)境領(lǐng)域的一大難題。污泥減量技術(shù)正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生的。所謂污泥減量技術(shù)是指在保證污水處理效果的前提下采用適當(dāng)?shù)拇胧┦固幚硐嗤康奈鬯a(chǎn)生

4、的污泥量降低的各種技術(shù)。根據(jù)生物處理工藝中微生物代謝特性剩余污泥的產(chǎn)量與微生物利用有機(jī)物合成自身的作用、內(nèi)源呼吸作用以及微型動(dòng)物對(duì)細(xì)菌捕食作用有關(guān)。前一部分使剩余污泥的量增加后兩部分使剩余污泥的量減少。為此減少剩余污泥的產(chǎn)量可能通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn):(1)降低細(xì)菌的凈合成量(2)增加生物體的自身氧化速率(3)增強(qiáng)微型動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的捕食。以下將對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來(lái)這3方面的污泥減量技術(shù)的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展分別進(jìn)行介紹。1降低細(xì)菌細(xì)胞的合成量降低細(xì)菌細(xì)胞

5、的合成量即降低細(xì)菌的產(chǎn)率系數(shù)可以通過(guò)以下兩方面實(shí)現(xiàn):(1)從物質(zhì)上對(duì)細(xì)菌的合成進(jìn)行抑制如限制其合成自身所必需物質(zhì)的供給但這種方法在污水處理中顯然不適合(2)從能量上對(duì)細(xì)菌的合成進(jìn)行抑制使細(xì)菌氧化底物所獲得的能量不用于合成細(xì)胞本身即ATP不隨底物被氧化的同時(shí)大量合成或者合成以后迅速由其他途徑釋放而不是用于細(xì)胞的合成。正常情況下生物的分解代謝和合成代謝是由腺苷三磷酸(ATPadeno2dine5’2triphosphate)和腺苷二磷酸(A

6、DPadenosinediphosphate)之間的轉(zhuǎn)化而聯(lián)系在一起的(如圖1)即分解一定的底物將有一定比例的生物體合成。的(4)解偶聯(lián)劑在實(shí)際應(yīng)用中的最大弱點(diǎn)是環(huán)境安全性問(wèn)題。解偶聯(lián)劑通常是較難生物降解或?qū)ι镉休^大毒性的化合物使得生物對(duì)解偶聯(lián)劑的降解不完全這將會(huì)給水處理帶來(lái)新的污染。有關(guān)氧化2磷酸化解偶聯(lián)的機(jī)理尚有許多不明之處需要結(jié)合生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及毒理學(xué)方面的方法和理論作進(jìn)一步研究[12]。1.2高S0X0條件下的解偶聯(lián)在

7、高S0X0(底物濃度污泥濃度)條件下微生物在分解代謝中產(chǎn)生ATP的速率要大于在合成代謝中消耗的速率。ATP產(chǎn)生累積后可能引起能量的消散(energyspilling即能量以熱和功的形式散失到環(huán)境中)從而降低微生物產(chǎn)率系數(shù)。對(duì)在高S0X0條件下解偶聯(lián)機(jī)理(途徑)有兩種解釋:一是積累的能量通過(guò)粒子(如質(zhì)子、鉀離子)在細(xì)胞膜兩側(cè)的傳遞削弱了跨膜電勢(shì)隨后發(fā)生氧化磷酸化解偶聯(lián)二是減少了生物體內(nèi)部分新陳代謝的途徑(如甲基乙二酸途徑)而回避了糖酵解這

8、一步[13]。對(duì)能量的中間傳遞過(guò)程有文獻(xiàn)報(bào)道是通過(guò)ATP合酶在高濃度ATP條件下對(duì)ATP的分解造成無(wú)效質(zhì)子循環(huán)[14]。也有人認(rèn)為能量的散失主要是通過(guò)維持能量(maintenance細(xì)胞利用外部基質(zhì)或體內(nèi)肝糖、PHA所需的能量)的增加達(dá)到的[15]。對(duì)在高S0X0條件下微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型已有較深入的研究報(bào)道。LiuYu等人研究了在基質(zhì)充裕條件下能量消散的動(dòng)力學(xué)模型[16—19]證明在S0X0增加時(shí)微生物解偶聯(lián)生長(zhǎng)部分增多。高S0X0條

9、件下解偶聯(lián)還不能用于實(shí)際的污水處理這是由于要求相對(duì)高的S0X0值(8—10)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際活性污泥法處理污水時(shí)的情況(FM=0.05—0.1)。而且在高S0X0條件下微生物產(chǎn)生的不完全代謝的產(chǎn)物還可能對(duì)整個(gè)處理過(guò)程產(chǎn)生影響。1.3改變污泥所處環(huán)境通過(guò)交替改變污泥所處環(huán)境的厭、好氧狀態(tài)可以對(duì)微生物的生長(zhǎng)造成影響從而減小微生物的總表觀產(chǎn)率系數(shù)。OSA(oxic2settlinganaerobic)工藝的基本原理是通過(guò)在常規(guī)活性污泥工藝中的污泥

10、回流中形成一特定的厭氧段從而給微生物提供了一個(gè)交替好氧和厭氧的環(huán)境使細(xì)菌在好氧階段所獲ATP不能立即用于合成新的細(xì)胞而是在厭氧段作為維持細(xì)胞生命活動(dòng)的能量被消耗。微生物分解和合成代謝相對(duì)分離而不像通常條件下緊密偶聯(lián)從而達(dá)到污泥減量的效果。試驗(yàn)中污泥減量效果比較明顯:污泥齡為5d時(shí)表觀產(chǎn)率系數(shù)降低50%左右。同時(shí)由于OSA的流程和除磷的流程相似有利于除磷菌的生長(zhǎng)對(duì)磷的去除優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法[20—22]。OSA工藝主要應(yīng)用在進(jìn)水有機(jī)物濃度