《污水處理廠污泥減量技術(shù)探究文獻(xiàn)綜述》10000字

緒論1.1污泥減量簡(jiǎn)介所謂污泥減量技術(shù)就是保證污水處理廠減少處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥的各種技術(shù)均以生物處理系統(tǒng)的效率為前提。根據(jù)生物處理中微生物代謝的特點(diǎn)，剩余污泥產(chǎn)量與微生物有機(jī)合成有關(guān)[1-2]。微生物動(dòng)物對(duì)細(xì)菌的作用、內(nèi)源呼吸和捕食之前殘留污泥的增加有關(guān)。為此，可以通過(guò)以下方式減少剩余污泥的產(chǎn)生達(dá)到：①減少細(xì)菌凈合成；②提高生物體的自氧化速度；③加強(qiáng)微動(dòng)物的互動(dòng)細(xì)菌捕食[3-4]?；钚晕勰喾ㄊ鞘澜缟掀毡椴捎玫囊环N污水處理方法，具有投資少、操作簡(jiǎn)便、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是產(chǎn)生的污泥量大，容易造成二次污染。近年來(lái)，我國(guó)污泥產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，最新研究報(bào)告顯示，2020年，預(yù)計(jì)全國(guó)污泥年產(chǎn)量將超過(guò)5000萬(wàn)噸，污泥處理方面的投資將達(dá)到數(shù)百億元，經(jīng)濟(jì)壓力巨大?；诖耍瑢ふ矣行У奈勰嗵幚硖幹梅椒▽?duì)于提高我國(guó)污水處理行業(yè)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益具有重要意義[5]?，F(xiàn)在，傳統(tǒng)的污泥處置方式（如污泥焚燒、填埋、土地利用等）由于二次污染和處理成本等原因，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)不斷變化的天氣條件，確立了潛在的增長(zhǎng)空間、脫鉤代謝、生物捕食和維持代謝等污泥減量理論，為實(shí)際操作提供了有力的支撐和指導(dǎo)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究根據(jù)生物系統(tǒng)的代謝特點(diǎn)，剩余污泥的產(chǎn)生與微生物的有機(jī)合成、內(nèi)源性作用以及對(duì)抗細(xì)菌等微生物有關(guān)。Low在2009年研究了對(duì)硝基苯酚在活性污泥系統(tǒng)中的減泥效果，考察了對(duì)硝基苯濃度對(duì)減泥效果的影響[6]。Alberto2006年研究了鋅和銅對(duì)剩余污泥產(chǎn)量的影響，考察了鋅、銅等投加濃度對(duì)污泥減量效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)鋅的濃度為6mg/L時(shí)，污泥產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，12mg/L時(shí)，減量比例達(dá)15%[7]。Chen,2007年研究了提高m(COD)/m(MLSS)比值時(shí)的污泥減量效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提高m(COD)/m(MLSS)比值可降低剩余污泥產(chǎn)量，減量比例達(dá)30%左右，對(duì)系統(tǒng)出水略有影響。[8]Lee等人2007年研究了膜雙反應(yīng)器級(jí)殘泥減量效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，與第一階段相比，第二階段懸浮生物膜反應(yīng)器的污泥產(chǎn)量顯著減少，減量效果顯著，減量比例達(dá)60%-80%[9]。1.2.2國(guó)內(nèi)研究俞小勇，2010年研究好氧沉淀厭氧工藝對(duì)剩余污泥排放的影響，并研究工藝條件對(duì)污泥減量效果的影響。實(shí)驗(yàn)表明，好氧-沉淀-厭氧工藝可實(shí)現(xiàn)市政污水處理廠污水處理廠剩余污泥的零排放[10]。吳健波，2009年采用好氧一沉淀一微兼氧活性污泥工藝，使剩余污泥減量比例達(dá)40%。系統(tǒng)污泥性狀與出水水質(zhì)無(wú)明顯改變[11]。高旭，2009年通過(guò)調(diào)整解偶聯(lián)池參數(shù)，研究污泥減量的趨勢(shì)，考察自動(dòng)熱量計(jì)對(duì)OSA系統(tǒng)解偶聯(lián)池進(jìn)出污泥進(jìn)行了熱值分析，考察污泥量變動(dòng)與能值變動(dòng)之間的相互關(guān)系。隨著停留時(shí)間延長(zhǎng)出流污泥的單位熱值有高于進(jìn)流污泥單位熱值的趨勢(shì):水力停留時(shí)間5.56h時(shí)，進(jìn)出水熱值沒(méi)有顯著差異;水力停留時(shí)間7.14h時(shí)，進(jìn)出水熱值差值在99-113J/g之間；水力停留時(shí)間9h時(shí)，差值在191-329J/g之間，解耦池內(nèi)已經(jīng)發(fā)生污泥衰減，停留時(shí)間越長(zhǎng)，衰減程度越高[12]。陳志英，2006年研究了解偶聯(lián)劑2,4一二氯酚的剩余污泥減量的效果?？疾炝私馀悸?lián)劑濃度對(duì)污泥減量效果的影響，當(dāng)2,4一二氯酚的濃度在2-5mg/L時(shí)能有效的減少剩余污泥產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)污泥性狀與出水水質(zhì)又無(wú)明顯影響[13]。胡學(xué)斌，2009年研究了2,4,5一三氯苯酚對(duì)污泥減量的影響，考察了2,4,5一三氯苯酚濃度對(duì)污泥減量效果的影響，結(jié)果表明，三氯苯酚提取2mg/L2,4,5-三氯苯酚（TCP）使剩余污泥減少34.6%，液態(tài)水水質(zhì)達(dá)到達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)[14]。李欣，2009年研究了氯對(duì)減少剩余污泥的影響，探索氯劑量對(duì)污泥減量效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氯用量為120mg/g時(shí)，剩余污泥產(chǎn)量減少55%，加氯處理使污泥沉降性能和污泥出水水質(zhì)惡化。此外，氯化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷等危險(xiǎn)產(chǎn)物，給該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)很大困難[15]。劉永德，2010年研究了超聲波連續(xù)流活性污泥系統(tǒng)的減泥效果，研究了不同聲能密度下的減泥效果。結(jié)果表明，當(dāng)聲能密度為0.8W/mL，超聲作用時(shí)間為60s時(shí)，出水COD為46mg/L，系統(tǒng)SVI為82.6mL/g。污泥沉降性好，減泥效果明顯[16]。楊潔,2010年研究了在堿性條件下熱水解的污泥減量效果，實(shí)驗(yàn)研究表明，在堿性條件下，pH值為10，熱水解溫度為600℃，細(xì)胞裂解是最穩(wěn)定的污泥生物降解，剩余污泥產(chǎn)量降低到傳統(tǒng)污泥法的38%~43%[17]。2.污水處理污泥減量技術(shù)理論基礎(chǔ)2.1解偶聯(lián)代謝技術(shù)解偶代謝污泥的減少主要是通過(guò)減少微生物的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；瘜W(xué)分層劑用于降低微生物細(xì)胞的合成效率，從而降低污泥代謝率?；驹硎欠纸?，有機(jī)物代謝氧化后產(chǎn)生的能量不直接參與后續(xù)微生物的同化作用。目前，化學(xué)分離技術(shù)比較完善。在傳統(tǒng)的廢水處理過(guò)程中，可以通過(guò)添加化學(xué)品來(lái)減少污泥量。常見(jiàn)的化學(xué)品包括甲酚、氯酚和硝基酚。利用四氯水楊酸、苯胺等可分離轉(zhuǎn)化技術(shù)減少?gòu)U水處理中的污泥，第一個(gè)重要環(huán)節(jié)是分離劑的選擇。常用的有甲基苯酚、氯苯酚、硝基苯酚等藥劑[18]。特定廢水項(xiàng)目中解偶聯(lián)劑的選擇和加藥需要多個(gè)操作和性能曲線進(jìn)行比較，以選擇最有效的解偶聯(lián)劑及其加藥方案。對(duì)此，應(yīng)該力求以盡可能小的藥物劑量達(dá)到盡可能好的減泥效果，讓更多的污泥得到有效處理。同時(shí)需要注意的是，除垢劑將有機(jī)物和有毒物質(zhì)分解成污泥中存在的重金屬，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成一定程度的破壞。而且這種方法使用時(shí)間長(zhǎng)了效果會(huì)變差，應(yīng)考慮改用其他污泥脫水技術(shù)。2.2生物捕食技術(shù)生物捕食主要是利用微生物獨(dú)特的捕食特性，延長(zhǎng)原有的生物鏈，達(dá)到減少污泥產(chǎn)量的目的。這些微生物通常處于水生環(huán)境中食物鏈的頂端。它們可以依靠這些微生物來(lái)攻擊水中的微生物、有機(jī)物和絮凝物，從而減少污泥量。同時(shí)，水中食物鏈的存在也有促進(jìn)微生物活性增加的作用，可以增加細(xì)菌的代謝能力，即水的氧化分解能力，提高單位細(xì)菌的排放量，最終可以減少污泥的排放量。生物廢水處理系統(tǒng)中往往含有許多細(xì)菌和其他微生物，相當(dāng)于形成了一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)，為應(yīng)用技術(shù)提供了很大的可能性。能量從這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈頂端逐層傳遞，使食物鏈得到充分的延伸，保證傳遞過(guò)程中能量的不損失，有效減少因能量損失而產(chǎn)生的污泥量[19]。從工程實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，該技術(shù)具有電耗低、運(yùn)行成本低等顯著的污泥減量?jī)?yōu)勢(shì)，且污泥減量后不會(huì)造成二次污染問(wèn)題。它已成為一種重要的綠色廢水處理方法。2.3隱性生長(zhǎng)技術(shù)隱性生長(zhǎng)又稱細(xì)胞溶解技術(shù)，主要是利用化學(xué)和物理方法破壞污泥中的微生物細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)和絮體結(jié)構(gòu)，從而提高分離效率、污泥的含水量，改變污泥的沉降性和生物降解性。將該方法應(yīng)用于污泥脫水應(yīng)用中，不僅可以促進(jìn)污泥的溶解，還可以促進(jìn)大分子物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，同時(shí)使不可生物降解的物質(zhì)相對(duì)容易分解處理，從而成為微生物。目前，實(shí)施該技術(shù)常用的化學(xué)方法主要有O3、H2O2、ClO2等氧化劑破壞微生物的膠束結(jié)構(gòu)，而物理方法通常主要通過(guò)超聲波或微波輻射破壞微生物的膠束結(jié)構(gòu)。實(shí)施該技術(shù)的常用方法是超聲波和臭氧氧化。后續(xù)污泥處理常用超聲波法，超聲波用于破壞細(xì)胞壁，減少污泥產(chǎn)量。這種方法的關(guān)鍵是控制超聲波的頻率。控制不當(dāng)會(huì)降低污泥中微生物膠束的分解效率，難以達(dá)到污泥脫水的目的。另一方面，臭氧氧化技術(shù)甚至可以實(shí)現(xiàn)零污泥，可以非常有效地解決廢水處理中的殘留污泥問(wèn)題，因此該技術(shù)具有非常好的發(fā)展前景。目前，污泥處理技術(shù)包括物理、化學(xué)、生物和一些組合方法，其中比超聲波處理方法更有效，也得到了很好的研究。2.4污泥顆?；夹g(shù)污泥顆粒用于在處理系統(tǒng)中選擇性地適應(yīng)生化廢物中的微生物聚集體，形成密度更高、物理?xiàng)l件更好的微生物聚集體，從而減少污泥體積。當(dāng)普通污泥變成塊狀時(shí)，顆粒狀污泥外觀光亮、規(guī)則、密度高、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。特別是它的沉降性能非常好，對(duì)污泥處理非常方便。有效利用顆粒污泥可以在生化系統(tǒng)中保持較高的生物量，并提高對(duì)較高濃度污染物和有毒物質(zhì)的抵抗力。同時(shí)，顆粒污泥的應(yīng)用大大減小了水處理結(jié)構(gòu)的體積和尺寸，空間更小，從而客觀地達(dá)到污泥減量處理過(guò)程的效果。目前污泥生成技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用主要是利用顆粒污泥代替?zhèn)鹘y(tǒng)污泥構(gòu)建生化處理系統(tǒng)。顆粒污泥主要分為好氧顆粒污泥和厭氧顆粒污泥。其中，顆粒厭氧技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。在厭氧顆粒污泥技術(shù)中，氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌是重要的微生物，能有效促進(jìn)厭氧污泥胞外碳化物的生成。另一方面，好氧顆粒往往具有較強(qiáng)的附著力，特別是較大的水力剪切力和較高的溶解氧濃度是好氧漿料顆粒形成的主要因素。根據(jù)不同生化工藝的選擇，精確控制參數(shù)條件，促進(jìn)污泥的造粒，從而有效減少污泥量。2.5維持代謝微生物完成細(xì)胞物質(zhì)交換、運(yùn)輸和移動(dòng)等，活動(dòng)需要消耗一定的能量，這個(gè)過(guò)程稱為持續(xù)代謝。如果微生物活性增強(qiáng)或活體活性增強(qiáng)，會(huì)比常規(guī)處理消耗更多的養(yǎng)分，導(dǎo)致污泥產(chǎn)量顯著降低。因此，可以通過(guò)延長(zhǎng)污泥齡（SRT）、降低污泥負(fù)荷（F/M）和增加好氧部分的溶解氧含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。左寧等研究分析了污泥齡（SRT）對(duì)新的LSP&PNR污泥脫水工藝去除富磷廢水性能的影響。結(jié)果表明，延長(zhǎng)污泥齡有利于提高系統(tǒng)的厭氧磷釋放，當(dāng)SRT=50d時(shí)，磷回收率達(dá)到最大值70.4%，可有效降低污泥產(chǎn)量。ShunjiEto提出了一種易于操作的原位消化（完全分解）廢水生物處理殘留污泥。該方法在固定流動(dòng)反應(yīng)器中使用多孔微生物載體和間歇曝氣器。這不僅增加了微生物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，而且在廢水流方向形成了重復(fù)的好氧-厭氧耦合，有效地減少了污泥向前流動(dòng)。常規(guī)廢水處理工藝通常在脫氮除磷方面存在一定的局限性，而污泥脫水工藝消耗大量有機(jī)物，也能達(dá)到良好的脫氮效果，但對(duì)除磷效率影響較大。由于最終的除磷是通過(guò)排泥完成的，由于排泥少，排泥會(huì)導(dǎo)致磷在系統(tǒng)中積累，因此在實(shí)際應(yīng)用中宜采用化學(xué)除磷去除方法，然后是除磷。目前研究最多的化學(xué)脫磷劑有氯化鋁、硫酸鋁和硅藻土等，均具有良好的脫磷效率。3.污水處理污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀3.1基于維持代謝理論的污泥減量工藝研究現(xiàn)狀3.1.1高溶解氧工藝Boon和Burgess，1974年，發(fā)現(xiàn)純氧系統(tǒng)中的污泥產(chǎn)量?jī)H為相同污泥停留時(shí)間的空氣系統(tǒng)的60%[20]。結(jié)果表明，當(dāng)DO從1.8mg/L增加到6.0mg/L時(shí)，產(chǎn)生的剩余污泥從0.28mgMLSS/mgBODS下降到0.2mgMLSS/mgBOD。對(duì)于高濃度溶解氧污泥的還原機(jī)理，主要有兩種解釋。Abbassi等人，1999年認(rèn)為，增加大量水中溶解氧的濃度會(huì)引起氧的深度擴(kuò)散，從而擴(kuò)大絮體的需氧面積。絮體中的水解物再進(jìn)行好氧分解，污泥量相應(yīng)減少[21]。另一種解釋是，由于細(xì)胞表面的疏水性，微生物活動(dòng)和胞外聚合物的產(chǎn)生與反應(yīng)器中溶解氧的濃度密切相關(guān)，即溶解氧，溶解會(huì)影響活性污泥的能量轉(zhuǎn)化。合成代謝和分解代謝之間的碳流動(dòng)。高溶氧條件下污泥產(chǎn)量下降可能是溶氧誘導(dǎo)活性污泥代謝發(fā)生變化的結(jié)果，其潛在機(jī)制有待進(jìn)一步研究。高濃度溶氧工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：能更好地控制絲狀菌引起的污泥膨脹；好氧池中高濃度的MLVSS；保持良好的污泥沉降性能和脫水性能；更高的溶氧傳輸效率和更穩(wěn)定的運(yùn)行效率。因此，高溶解氧工藝在減少剩余污泥產(chǎn)量和提高系統(tǒng)性能方面具有巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力。高溶解氧工藝通常與OSA工藝等其他工藝相結(jié)合，以減少污泥。然而，高濃度的溶解氧或純氧曝氣會(huì)增加能耗并增加對(duì)工藝和設(shè)備條件的要求，從而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本增加。3.1.2提高污泥停留時(shí)間的相關(guān)工藝生物膜法和膜生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間的分離，增加了污泥的齡期，從而實(shí)現(xiàn)了污泥減量化。Visvanathan等人，2000年研究的集成膜生物反應(yīng)器的產(chǎn)率為0-0.3kgMLSS/kgBODS（傳統(tǒng)活性污泥法的污泥比為0.6kgMLSS/kgBODS），占地面積與傳統(tǒng)半活性污泥法相同。好氧SBR工藝中安裝潛水篩網(wǎng)過(guò)濾模塊，延長(zhǎng)污泥齡在保證出水COD小于61mg/L和SS小于58mg/L的條件下，出泥量將減少83.9%[22]。Holakoo等人，2007年對(duì)長(zhǎng)效膜生物反應(yīng)器污泥產(chǎn)率的研究表明，延長(zhǎng)污泥停留時(shí)間有利于降低污泥產(chǎn)率。污泥滯留時(shí)間由20天延長(zhǎng)至40天，污泥產(chǎn)率從1.24gVSS/gCOD降低至0.17gVSS/gCOD，污泥降解系數(shù)低于傳統(tǒng)活性污泥工藝[23]。膜生物反應(yīng)器是一種高效的廢水處理技術(shù)。由于污泥的使用壽命長(zhǎng)，因此具有良好的去泥效果。但其流行的癥結(jié)在于膜的堵塞造成的成本問(wèn)題。此外，過(guò)長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。3.1.3好氧一沉淀一厭氧(SSA)污泥減量工藝Chudoba等，1991年研究表明，OSA工藝在好氧反應(yīng)器中HRT為2h，厭氧反應(yīng)器中HRT為3h，有機(jī)負(fù)荷為0.330.92kgCOD/kgSSd的條件下運(yùn)行，以傳統(tǒng)活性污泥工藝為參照，污泥產(chǎn)率分別為0.130.29gSS/gCOD和0.280.47gSS/gCOD，相對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥工藝污泥產(chǎn)量可減少20%-65%[24]。Saby等人，2003年考察污泥厭氧池中不同ORP對(duì)污泥產(chǎn)率的影響，結(jié)果表明ORP從++100mV下降至-250mV，相對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥工藝，污泥減量率從23%增加到58%，OSA工藝不僅能減少污泥產(chǎn)量，還有助于改善污泥沉降性能，提高COD去除率[25]。Ghiglizza等人，1996年成功地將OSA工藝應(yīng)用于SBR系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)污泥減量的同時(shí)改善污泥沉降睦能[26]。3.2解偶聯(lián)污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀3.2.1投加化學(xué)解偶聯(lián)劑工藝添加裂解可以將氧化和磷酸化彼此分開(kāi)，也可以限制細(xì)胞吸收的能量，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。在相同的底物分解條件下，微生物的合成會(huì)減少。1948年Loomis和Lipmann研究的最早的氧化劑之一是2,4-二硝基苯酚，其作用機(jī)制是與H10結(jié)合降低細(xì)胞膜對(duì)H10的抵抗力，H10攜帶H10穿過(guò)細(xì)胞膜，膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度減小。降低的質(zhì)子梯度不足以誘導(dǎo)ATP合酶合成，從而減少氧化磷酸化合成的ATP量，氧化過(guò)程中產(chǎn)生的能量最終以熱量的形式釋放出來(lái)。所用的分離劑為2,4-二硝基苯酚(dNP)、對(duì)硝基苯酚(pNP)、五氯苯酚、3,3',4',5-四氯水楊基苯胺(TCS)2,4,5-三氯苯酚(TCP)、間氯苯酚（m-CP）、甲酚等。這些分離劑通常是小的脂溶性分子。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)添加不同化學(xué)分離器的污泥脫水效果進(jìn)行了研究。Low等人,1998年對(duì)pNP進(jìn)行了小規(guī)模研究，發(fā)現(xiàn)在300℃下，連續(xù)投加pNP100mg/L可減少62%-77%的污泥量；在200℃條件下，連續(xù)投加pNP100mg/L，MLSS為0.71g/L，污泥產(chǎn)率可降低49%，但同時(shí)COD去除率降低25%[27]。Strand等人，1999年的結(jié)果，在21℃連續(xù)加入TCP22.Smg/L,HRT為3.5h,SRT為Sd，污泥產(chǎn)量可減少50%[28]。Yang，2003年通過(guò)對(duì)四種化學(xué)偶聯(lián)劑(pCP,mCP,mNP,oNP)對(duì)活性污泥工藝污泥減量效果的比較，認(rèn)為mCP對(duì)污泥減量最有效，對(duì)COD去除效率影響最小[29]。Chen等人,2000年證實(shí)，TCS在間歇和連續(xù)流活性污泥工藝中都能有效減少污泥產(chǎn)量，當(dāng)TCS的投加濃度為0.8-1.0mg/L,HRT為8h,SRT為7d時(shí)，污泥產(chǎn)率可減少40%，而且對(duì)底物去除率沒(méi)有明顯的影響[30]。在污水處理過(guò)程中投加化學(xué)解偶聯(lián)劑能有效實(shí)現(xiàn)污泥減量，但由于對(duì)化學(xué)解偶聯(lián)機(jī)理，各種化學(xué)偶聯(lián)劑對(duì)污泥產(chǎn)率和工藝的沖擊等影響還不是十分了解，在實(shí)際應(yīng)用中還存在以下問(wèn)題:(1)不斷向污水生物處理系統(tǒng)中投加化學(xué)偶聯(lián)劑，容易引起生物積累或解偶聯(lián)劑被微生物適應(yīng)而被降解，從而失去解偶聯(lián)劑添加效果;(2)加入化學(xué)偶聯(lián)劑易引起COD去除率下降，耗氧量增加，使污泥沉降、脫水性能惡化;(3)最大的弱點(diǎn)是環(huán)境安全性能問(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，可能引發(fā)二次污染。因此，解偶聯(lián)劑的應(yīng)用需要十分謹(jǐn)慎，化學(xué)偶聯(lián)劑的應(yīng)用對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響需要進(jìn)一步深入研究。3.2.2高S0／X0比工藝在底物充足的間歇培養(yǎng)反應(yīng)中，高S0／X0比誘導(dǎo)解偶聯(lián)現(xiàn)象有兩種解釋:一種機(jī)制是積累的能量通過(guò)質(zhì)子或鉀離子等粒子轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜兩側(cè)，削弱跨膜電位，隨后發(fā)生氧化磷酸化和裂解；另一種機(jī)制是微生物的代謝途徑避免糖酵解能量代謝步驟。在廢水處理過(guò)程中，初始底物濃度/初始污泥濃度(S0／X0或COD/污泥濃度)是影響污泥產(chǎn)量的重要參數(shù)。Liu等1996年研究表明，高S0／X0值份SmgCOD/mgMLSS)可以使能量代謝發(fā)生解偶聯(lián)作用，減少污泥產(chǎn)量[31]。當(dāng)S0/X0值高于5和l0mgCOD/mgMLSS時(shí)，能量解偶聯(lián)效率可達(dá)0.5和0.65?；谄胶獾孜锓磻?yīng)基礎(chǔ)上的S0／X0比對(duì)污泥表觀生長(zhǎng)量的影響模式，描述了能量解偶聯(lián)系數(shù)與S0／X0比的關(guān)系，表明S0／X0比增大，能量解偶聯(lián)系數(shù)增加。但污水處理廠實(shí)際的S0／X0值僅為0.01-0.13mgCOD/mgMLSS，而且高S0／X0比工藝引起污水處理投資和運(yùn)行成本增加，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中此工藝適合于高濃度工業(yè)廢水處理。3.3隱性生長(zhǎng)污泥減量技術(shù)研究現(xiàn)狀3.3.1臭氧氧化污泥減量工藝Yasui等,1996年將該技術(shù)成功應(yīng)用于日本中部的Shima污水處理廠，規(guī)模為450m3/d，臭氧投加量為0.02g03/gSS，連續(xù)運(yùn)行9個(gè)月而沒(méi)有產(chǎn)生剩余污泥，僅出水中BOD值略高6021等人將臭氧氧化與長(zhǎng)SRT相結(jié)合實(shí)現(xiàn)原位污泥減量，在反應(yīng)器固體濃度為6.5%的條件下，VSS約下降80%左右，但在反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)物含量達(dá)到50%以上，主要出現(xiàn)酸性無(wú)機(jī)物和離子化合物積累[32]。污泥粘性和脫水性能都增加研究者通過(guò)各種方法提高臭氧污泥減量的效率，Hwang等，2006年用臭氧對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，以錳離子作催化劑，提高了OH自由基的濃度，污泥減量效率比單純臭氧增加3倍[33]。臭氧再進(jìn)行好氧消化，泥餅的容積可以減少一半臭氧發(fā)生需要消耗能量，導(dǎo)致臭氧聯(lián)合活性污泥工藝的運(yùn)行和投資費(fèi)增加。但如果考慮到污泥脫水和處置費(fèi)用，整個(gè)工藝的運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)活性污泥工藝有所降低。臭氧聯(lián)合活性污泥工藝存在以下問(wèn)題:(1)不排泥條件下，污泥中金屬的含量會(huì)增加;(2)臭氧的效率取決于活性污泥的物理結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)運(yùn)行條件，使得臭氧投加劑量和投加模式很難改變。3.3.2物理溶胞技術(shù)通過(guò)加熱、超聲波、外加壓力等手段，都能使細(xì)胞破裂，加速細(xì)胞溶解。使用MBR工藝處理廢水，同時(shí)使用熱堿處理系統(tǒng)研究污泥減量，回流污泥在90℃加熱3小時(shí)，污泥產(chǎn)率可降低60%。Harrison，1991年報(bào)告說(shuō)，超聲波衰減是破壞細(xì)胞壁的好方法。超聲波通過(guò)交替壓縮和膨脹產(chǎn)生孔洞。這種作用表現(xiàn)在溶液中小顆粒的形成、生長(zhǎng)和破裂，這些顆粒壓碎細(xì)胞壁并釋放細(xì)胞中存在的成分和細(xì)胞質(zhì)[34]。超聲波細(xì)胞處理器可以加速細(xì)胞溶解，用于污泥回流系統(tǒng)，減少污泥產(chǎn)量。Tiehmn等人，1997年用31kHz超聲波處理污泥，通過(guò)測(cè)量上清污泥層的COD和粒度分布來(lái)指示污泥破碎程度。將總揮發(fā)分為27.8g/kg的漿液超聲研磨96s后，上清液的COD從0mg/L增加到7000mg/L左右，約為可收集到的最大粉碎率的30%[35]。通過(guò)化學(xué)研磨得到的顆粒直徑從165m減小到85m，說(shuō)明超聲波可以有效地破壞污泥的微生物細(xì)胞。然而，超聲波在污水處理中的應(yīng)用機(jī)理、超聲波處理操作參數(shù)的優(yōu)化、超聲波與污水處理的合理結(jié)合等，仍需進(jìn)一步研究。3.3.3生物溶胞技術(shù)生物電解質(zhì)技術(shù)可以添加能夠分泌細(xì)胞外酶的細(xì)菌，也可以直接添加酶制劑或抗生素進(jìn)行細(xì)菌裂解。該酶一方面可以分解細(xì)菌細(xì)胞，同時(shí)可以將不可生物降解的高分子量有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)，有利于細(xì)菌利用次級(jí)底物。添加的細(xì)菌可以從消化器中選擇，也可以從溶菌酶的角度進(jìn)行選擇，甚至包括可以分泌菌溶膠的特殊細(xì)菌和真菌。預(yù)生物污泥脫水的研究現(xiàn)狀在常規(guī)活性污泥工藝中，由于微生物組的復(fù)雜性，原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的存在抑制了分散細(xì)菌的生長(zhǎng)，但有利于細(xì)菌團(tuán)聚或形成菌膜的生長(zhǎng)。在生物反應(yīng)器中直接加入蠕蟲或二段式生物反應(yīng)器系統(tǒng)均可通過(guò)生物捕食實(shí)現(xiàn)污泥減量。Tanemura等，1994年采用多級(jí)生化處理工藝中微型動(dòng)物捕食進(jìn)行污泥減量。該工藝是一組從空間上分隔成串聯(lián)的8-12個(gè)單元，每個(gè)單元都配備了自己的受控曝氣器和自己的填料和噴射器框架[36]。不同的微生物棉用于過(guò)濾水中的污染物，這些微生物棉形成食物鏈，模擬自然生態(tài)環(huán)境，使每一種生物成為“食物”。早期階段，自氧化微生物和殘留微生物剩余的殘?jiān)詈蟊晃⑸锍缘?，所以整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生多余的污泥。Lee及其同事，1996年在瑞典使用兩級(jí)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)對(duì)合成廢水進(jìn)行了研究[37]。該系統(tǒng)的第一階段是全混合反應(yīng)器，較短的污泥停留時(shí)間可以阻止捕食者的生長(zhǎng)，糞便促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)。第二階段是浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器，以確保更長(zhǎng)的污泥齡和適合捕食者生長(zhǎng)的條件，同時(shí)促進(jìn)原生動(dòng)物和后生物的生長(zhǎng)。在此條件下，該系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量?jī)H為0.05-0.17kgSS/kgCOD。同年，他們用相同的方法對(duì)紙漿及造紙廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，污泥產(chǎn)量?jī)H為0.010.23kgSS/kgCOD。Ratsak等人，2001年在荷蘭某大規(guī)模污水處理廠加入寡毛蠕蟲，經(jīng)過(guò)1.5年的中試實(shí)驗(yàn)研究表明，與傳統(tǒng)活性污泥相比，其能量消耗(氧氣消耗)降低，污泥減量25%-50%[38]。Liang和Huang，2006-2007年在生物蠕蟲對(duì)污泥產(chǎn)率的影響方面作了系列研究。他們比較了Aeolosomahemprichi,Daphniamagna,TubifextubifexandPhysaacuta四種微型動(dòng)物捕食對(duì)污泥減量的影響，得到污泥減量速率分別為0.8,0.18,0.54和0.lmg污泥/mg微型動(dòng)物.d[39-40]。4.污水處理污泥減量的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格和污泥產(chǎn)量的迅速增加，污泥減量化是水污染治理可持續(xù)發(fā)展的必由之路。由于近年來(lái)污泥減量化技術(shù)的起步，反應(yīng)和流動(dòng)機(jī)理變得越來(lái)越復(fù)雜，其性能受多種因素影響。因此，未來(lái)的研究方向應(yīng)該從這些方面深入開(kāi)展；污水處理與污泥減量技術(shù)相結(jié)合：提高污泥減量與污水處理的相關(guān)系數(shù)，選擇最佳組合方式。污泥減量機(jī)理：應(yīng)運(yùn)用各種分析方法進(jìn)行污泥減量機(jī)理，揭示相關(guān)污泥減量規(guī)律，探索合成代謝機(jī)制，深入學(xué)習(xí)方法。作為污泥減少目標(biāo)的結(jié)果，污泥輸送機(jī)制生成并提供相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理模型。污泥減量中養(yǎng)分的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程：特別注意污泥減量方法和過(guò)程控制方法，通過(guò)多種技術(shù)防止合成代謝，達(dá)到較高的N、P去除效率。污泥減量技術(shù)應(yīng)用：經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污泥減量技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和機(jī)械工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)合理的工藝參數(shù)和適用標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)工業(yè)污泥減量技術(shù)的應(yīng)用。基于高效菌群的自我保護(hù)：在不改變現(xiàn)有工藝的情況下，可以疊加高效改性和低效污泥生產(chǎn)菌群來(lái)替代活性污泥，以減少污泥產(chǎn)量，不影響流出質(zhì)量。一種有前景的污泥減量方法。結(jié)論傳統(tǒng)污水處理中污泥處理的效率很不理想，隨著我國(guó)污水處理量的不斷增加，這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出。在這種情況下，污泥減量化的實(shí)施肯定會(huì)產(chǎn)生顯著的效果，這迫使我們未來(lái)更加關(guān)注污泥減量化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用。污泥減量技術(shù)主要包括應(yīng)用相關(guān)的物理方法、化學(xué)方法和微生物方法來(lái)有效減少?gòu)U水處理中的污泥量。從污水處理項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，有效利用污泥脫水技術(shù)可以有效去除污泥，降低成本，從而不斷提高污水處理的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在廢水處理過(guò)程中實(shí)施污泥減量化，具有滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)污泥處理技術(shù)資源化利用需求的巨大優(yōu)勢(shì)。盡管在經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境效益方面，通過(guò)微生物代謝進(jìn)行污泥脫水已經(jīng)成為一種非常有效的方法，但在理解微生物代謝途徑和該方法的廣泛應(yīng)用方面還存在較大的知識(shí)差距。例如，通過(guò)微生物代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的污泥減量和除磷仍然非常困難。此外，污泥脫水機(jī)制對(duì)活性污泥系統(tǒng)污染物去除的影響尚不清楚。從微生物代謝的角度，應(yīng)該對(duì)脫泥機(jī)制的整個(gè)生命周期進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)評(píng)估這些污泥減量機(jī)制的可持續(xù)性，可以實(shí)施污水處理廠可持續(xù)發(fā)展的總體戰(zhàn)略。重點(diǎn)發(fā)展就地污泥減量，實(shí)現(xiàn)污染物去除和污泥減量運(yùn)行條件的平衡。加強(qiáng)對(duì)微生物代謝途徑的研究，以驗(yàn)證使用這種方法的小規(guī)模和中試規(guī)模的污泥減量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

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