污水处理厂的污泥减量化.docx

细心整理污水处理厂的污泥减量化目前世界上80％以上的污水处理厂应用的是活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质,有的是由生物处理系统排出的生物污泥,有的那么是因投加药剂而形成的化学泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15 % —1 %左右 污泥的处理和处置,就是要通过适当的技术措施,使污泥得到再利用或以某种不损害环境的形式重新返回到自然环境中这些污泥一般富含有机物、病菌等,假设不加处理随意堆放,将对四周环境产生新的污染对这些污泥处理方法主要有：农用、填海、燃烧、埋地但这些方法都无一例外地存在弊端如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定此外,污泥中还含有病原体、寄生虫卵等, 如农业利用不当,将对人类的安康造成紧要的危害填埋处置简洁对地下水造成污染,同时大量占用土地燃烧处置虽可使污泥体积大幅减小,且可灭菌,但燃烧设备的投资和运行费用都比拟大投放远洋虽可在短期内幸免海岸线及近海受到污染,但其长期危害可能特殊紧要,因此,已被界上大多数国家所禁用一般每去除1kg的 BOD5 就产生15~100L活性污泥，这些污泥含水率到达95％以上，剩余污泥处理的本钱昂扬,约占污水厂运行费用的 25%-65% 。

欧洲国家每年用于处理剩余污泥的费用就高达28亿人民币自不待言，任何有利于削减剩余污泥的措施都将带来巨大的经济效益2 污泥减量化的理论根底2.1　维持代谢和内源代谢1965 年Pirt 把微生物用于维持其生活功能的这局部能量称为维持代谢能量,一般认为,维持代谢包括细胞物质的周转、活性运输、运动等,这局部基质消耗不用来合成新的细胞物质,因此,污泥的产量和维持代谢的活性呈负相关  Herbert 在1956 年提出,维持能量可通过内源代谢来供应,局部细胞被氧化而产生维持能量从环境工程角度看,内源呼吸通常指生物量的自我消化,在连续造就生长时可同时发生内源代谢内源代谢的主要优势在于进入的基质最终被呼吸成为二氧化碳和水,使生物量下降  因此,在废水处理工艺中,内源呼吸的限制比微生物生长限制和基质去除限制更为重要2.2 解偶联代谢代谢是生物化学转化的总称,分为分解代谢和合成代谢微生物学家认为,细胞产量和分解代谢产生的能量干脆相关,但在某些条件下,如存在质子载体、重金属、异样温度和好氧—厌氧交替循环时,呼吸超过了ATP 产量,即分解代谢和合成代谢解偶联  ,此时微生物能过量消耗底物,底物的消耗速率很高。

Cook 和Russell  报道,在完全停顿生长时细菌利用能源的速率比对数生长期的高三分之一,这说明细胞能通过消耗膜电势、ATP 水解和无效循环处置其胞内能量在解偶联条件下,大局部底物被氧化为二氧化碳,产生的能量用于驱动无效循环,但对底物的去除率不会产生重大影响  能量解偶联的特殊性在于它是微生物对底物的分解和再生,而没有细胞质量的相应变更从环境工程意义上讲,能量解偶联可用于说明底物消耗速率高于生长和维持所需之现象因此,在能量解偶联条件下活性污泥的产率下降,污泥产量也随之降低通过限制微生物的代谢状态,最大程度地分别合成代谢和分解代谢,在剩余污泥减量化上将是一个很有开展前景的技术途径3 目前污泥减量化的方法3.1  解偶联机理：三磷酸腺苷(ATP) 是键能转移的主要途径,是能量转移反响的中心，微生物的合成代谢通过呼吸及底物的分解代谢进展偶联,当呼吸限制不存在,生物合成速率成为速率限制因素时,解偶联新陈代谢就会发生,并且在微生物新陈代谢过程中产生的剩余能量没有被用来合成生物体在能量解偶联条件下活性污泥的产率下降,污泥产量也随之降低微生物学家认为,细胞产量和分解代谢产生的能量干脆相关,但在某些条件下,如存在质子载体、重金属、异样温度和好氧—厌氧交替循环时,呼吸超过了ATP 产量,即分解代谢和合成代谢解偶联 ,此时微生物能过量消耗底物,底物的消耗速率很高。

在完全停顿生长时细菌利用能源的速率比对数生长期的高1/3,这说明细胞能通过消耗膜电势、ATP 水解和无效循环处置其胞内能量能量解偶联的特殊性在于它是微生物对底物的分解和再生,而没有细胞质量的相应变更通过限制微生物的代谢状态,最大程度地分别合成代谢和分解代谢,在剩余污泥减量化上将是一个很有开展前景的技术途径  投加解偶联剂解偶联剂能起到解偶联氧化磷酸化作用,限制细胞捕获能量,从而抑制细胞的生长,故能削减污泥产量解偶联剂其作用机理是该物质通过及H+ 的结合,降低细胞膜对H+ 的阻力,携带H+ 跨过细胞膜,使膜两侧的质子梯度降低，降低后的质子梯度缺乏以驱动ATP 合酶合成ATP ,从而削减了氧化磷酸化作用所合成的ATP 量 如: TCS解偶联剂(3 ,3′,4′,5－四氯水杨酰苯胺) 能有效降低剩余污泥产量,只要在反响器中保持TCS 必需的浓度,就能降低剩余污泥的产率TCS 能有效地降低活性污泥分批造就物中的污泥产率,随进水中TCS 浓度的提高,污泥产率快速下降. 但污泥的COD 去除实力并未受影响,出水中的NH+42N 和TN 含量也和参照相当， 同时发觉污泥的SOUR 值和DHA 提高,说明化学解耦联剂对微生物有激活作用，微生物的种群构造也发生了变更，经过40d 的运行后,添加TCS的反响器污泥中丝状菌很少,虽然污泥较疏松,但污泥的沉降性能未见有影响。

上述结果说明,接受化学解耦联剂来降低活性污泥工艺中的剩余污泥产量,以降低污泥的处理及处置费用这种方法有开展前景,值得进一步地深化探究但是，解偶联剂的对现有污水处理应用中存在以下问题: (1) 所投的药在较长时间后由于微生物的驯化而被降解,从而失去解偶联作用;(2) 当参与解偶联剂后,须要更多的氧去氧化未能转化成污泥的有机物,从而使得供氧量增加  ; (3) 对投加解偶联剂的费用还须要作比拟,由于在污水中的浓度须要维持在4—80 mg/ L ,用量大; (4)解偶联剂在实际应用中的最大弊端是环境问题，解偶联剂通常是难降解的有毒物，可能发生二次污染   高S0/X0 (底物浓度/污泥浓度)条件下的解偶联简洁的说就是，细胞分解能量大于合成能量，从而细胞的分解数量就大于合成数量，最终降卑微生物产率系数解偶联机理有两种说明:一是积累的能量通过粒子(如质子、钾离子) 在细胞膜两侧的传递减弱了跨膜电势,随后发氧化磷酸化解偶联;二是削减了生物体内局部新陈代谢的途径(如甲基乙二酸途径)而回避了糖酵解这一步  高S0/X0条件下解偶联还不能用于实际的污水处理, 微生物产生的不完全代谢的产物还可能对整个处理过程产生影响，而且要求相对高的S0/X0值( >8—10)远远大于实际活性污泥法处理污水时的状况( F/M=0.05—0.1) 。

3.2   高浓度溶解氧有许多探究说明,细胞外表的疏水性、微生物活性和胞外多聚物的产生都和反响器中的溶解氧水平有关,这预示着溶解氧对活性污泥的能量代谢有必需的影响,进而影响碳在分解代谢和合成代谢中的分布高溶解氧活性污泥工艺能有效地抑制丝状菌的开展，纯氧活性污泥工艺即使在高污泥负荷率下,也可比传统的空气活性污泥工艺削减污泥量54 %和传统空气曝气工艺相比, 纯氧工艺能使曝气池中维持高浓度MLSS ,污泥沉降和浓缩性能好、污泥产量低、氧气转移效率高、运行稳定Abbassi等人  最近报道，当小试规模的传统活性污泥反响器的溶解氧从 1.8mg/L 增加到6.0mg/L时，剩余污泥量从0.28mgMLSS/mgBOD5下降为0.20mgMLSS/mgBOD5 由此可见，高溶解氧工艺在剩余污泥减量化和工艺运行效能的提高方面有很大潜力3.3    好氧—沉淀—厌氧(OSA) 工艺在污泥的回流过程中插入一级厌氧生物反响器，这种工艺已经用来成功地抑制污泥的丝状膨胀的发生，可削减一半的剩余污泥产量，好氧—厌氧循环方法被用于活性污泥工艺中剩余污泥的减量化其机理就是，好氧微生物从外源有机底物的氧化中获得ATP ,当这些微生物突然进入没有食物供应的厌氧环境时,就不能产生能量,不得不利用自身的ATP库作为能源，在厌氧饥饿阶段,没有必需量的细胞内ATP 就不能进展细胞合成，因而,微生物通过细胞的异化作用,消耗基质来满足自身对能量的需求，交替的好氧－厌氧处理引起的能量解偶联就为OSA 处理技术奠定了污泥减量化的理论根底。

Chudoba 等人  比拟了OSA工艺和传统活性污泥工艺的污泥产量,发OSA工艺的比污泥产率降低了20 %～65 % , S V I 值也比传统活性污泥工艺低例如：上海锦纶厂废水处理站的剩余污泥到达零排放是运用了朱振超和刘振鸿等人  的好氧—沉淀—兼氧活性污泥工艺使还有张全等人  接受好氧—沉淀—微氧活性污泥工艺使污泥量由80 %削减为15 %～20 % ,系统根本上可做到无污泥排放所以，OSA工艺在污泥减量化上是相当可行的3.4   溶解细胞法在传统活性污泥法工艺流程中的污泥回流线上增加相关处理装置，通过溶胞强化细菌的自身氧化，增加细菌的隐性生长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,使细菌能够快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3.4.1　臭　氧原理是:曝气池中局部活性污泥在臭氧反响器中被臭氧氧化,大局部活性污泥微生物在臭氧反响器中被杀灭或被氧化为有机质,而这些由污泥臭氧氧化而来的有机质在随后的生物处理中被降解，臭氧可破坏不简洁被生物降解的细胞膜等,使细胞内物质能较快地溶于水中,同时氧化不简洁水解的大分子物质,使其更简洁为微生物所利用。

Kamiya 和Hirotsuji   的探究说明,当曝气池中的臭氧剂量为10 mg/ (gMLSS·d) 时可使剩余污泥产量削减50 % ,而高至20 mg/ (gMLSS·d) 时那么无剩余污泥产生其中，连续式臭氧氧化要优于连续式,在间歇式反响器中,臭氧每天平均接触时间在3 h 左右就可以到达减量40 % —60 %  但是,臭氧浓度较高会使SVI (污泥体积指数) 值快速下降到起先的40 %  ,影响污泥的沉降性能在当前的活性污泥理论中,污泥停留时间(θc)被定义为单位生物量在处理系统中的平均滞留时间许多探究说明，θc 在活性污泥工艺中是最重要的运行参数对于稳态运行系统,θc 和比生长速率呈负相关,污泥产率( Yobs) 和污泥停留时间的关系可用下式表示:　1/Yobs = 1/Ymax +θcKd /Ymax  (1)式中　Ymax ———真正生长速率　         Kd ———比内源代谢速率式(1) 说明,在稳态活性污泥工艺中污泥停留时间和内源代谢速率呈负相关,可以通过调整θc 来限制污泥产量可见在相对长的θc下的纯氧曝气工艺有利于削减剩余污泥量臭氧联合活性污泥工艺将是一种能够削减剩余污泥产量且进一步改善污泥沉降性能的有效技术,今后的探究将着重于臭氧剂量和投加方式的最优化方面。

3.4.2　氯　气和臭氧一样,利用其氧化性对细胞进展氧化,促进溶胞虽然氯气比臭氧廉价,但氯气能够和污泥中的有机物产生反响,生成三氯甲烷(THMs)等氯代有机物,是不容无视的问题  3.4.3 　酸、碱酸碱可以使细胞壁溶说明放细胞内物质，一样pH 条件下, H SO4 的溶胞效果要优于HCl ,NaOH 的效果要优于KOH;在变更一样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由  物理溶胞技术　加 热不同温度下,细胞被破坏的部位不同在45 —65 ℃时,细胞膜裂开, rRNA 被破坏; 50 —70 ℃时DNA 被破坏; 在65 —90 ℃时细胞壁被破坏; 70 —95 ℃时蛋白质变性  不同的温度使细胞释放的物质也不同。