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污泥減量技術的研究進展

文檔作者：段偉偉李紹秀李冬梅文檔來源：廣東工業大學土木與交通工程學院		點擊數：	更新時間： 2024年07月06日
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污澀滴量救米的研究避廉
段偉偉李紹秀李冬梅
(廣東工業大學土木與交通工程學院廣東廣州510006)
摘要隨著污水處理量增加，污泥的產量也日益增大，在污水處理廠內對污泥減量是解決污泥出路的理想途徑。從微型
動物捕食、微生物代謝解偶聯、污泥溶胞等方面闡述了污泥減量化技術及研究進展，并指出研究的發展方向和應用前景。
關鍵詞污泥減量化解偶聯代謝隱性生長溶胞作用
中圖分類號：X703．1 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2011)05—074—4
近年我國污水處理事業得到了很大發展。截止2010年．
城市污水廠的數量已達到2000多座。污水的處理能力從20
世紀70年代的60萬m3／d．增加到現在的7500萬m3／d．污水
處理率達到65％。隨著城鎮污水廠的進一步普及，污水廠的
數量還會持續上升。預計到2015年我凼城市污水廠的數量
將超過2300座。污水廠產生大量的污泥．如何合理的處理處
置污泥已成為環境治理的新難題和新挑戰。從源頭實行污泥
減量是污泥處理處置的最佳方法。本文就近幾年國內外污泥
減量技術的研究進展進行綜述。
1 強化微型動物捕食的污泥減量技術
1．1 寡毛類蠕蟲污泥減量
寡毛類蠕蟲是環節動物門(Annelida)寡毛綱
(Oligochaeta)的通稱．目前應用于污泥減量t藝研究的寡毛
類蠕蟲主要有兩類．一類是游離型蠕蟲如紅斑瓢體蟲(A．
hemprichi)和仙女蟲屬(Nais sp．)等，另一類是附著型蠕蟲如
顫蚓科(Tubificidae)和帶絲蚓屬(LumbrieUlus sp．)等。荷蘭科
學家Ratak等是最早開始研究寡毛類蠕蟲污泥減量技術的．
1994年她觀察荷蘭某污水廠活性污泥系統中寡毛類的動態
時．發現仙女蟲(Nais elinguis)大量生長，污泥產生量碌著減
少．用于曝氣的能量也大大降低。隨后．Rensink發現在塑料
填料上自然生長有顫蚓(Tubifex sp．)、仙女蟲和紅斑瓢體蟲，
沒有這螳蠕蟲存在時。污泥產量為0．4kg／kg，而有這些蠕蟲
存在時．污泥產量就會降為0．16kg／kg。并不會影響出水水
質。從此．學者們開始嘗試向活性污泥系統中直接投加寡毛
類蠕蟲的方式來對污泥減量進行研究．發現蠕蟲M時具有污
泥減質和減容效果。許多寡毛類蠕蟲污泥減量研究均發現寡
毛類蠕蟲有顯著的集聚污泥和改善污泥沉降性能的能力．可實
現對活性污泥的減容，但這方面的研究并不深入和系統。
國內張紹園等【I】發現游離型寡毛類蠕蟲可以在膜生物
反應器(MBR)中自發形成，其中優勢種群是紅斑瓢體蟲，同
時也存在少量仙女蟲和吻盲蟲屬蠕蟲。其后張紹園等【2】發現
二段淹沒式膜生物反應器能夠增強高能級生物體蠕蟲生長
與少產污泥。梁鵬等發現游離型蠕蟲種群密度與活性污泥產
率之間呈反比關系．當在推流式CAS中接種一定紅斑瓢體
作者簡介：段偉偉(1985～)，男，碩士．研究方向為水處理技術的研究。
2011．No，5．
蟲后，能引起39％～65％的污泥減質率。污泥減質速率(vss)約
為0．53～6．32kg／(kg．d)。遠好于接種顫蚓時的效果。然而，像
紅斑瓢蟲和仙女蟲這樣的游離蠕蟲雖然能夠自發形成．并發
揮較好的污泥減質作用．但是由于其在曝氣池中的生長和繁
殖不穩定．爆發和消失無規律可循．因此很難應用于實際操
控中。而附著型蠕蟲雖然不易大量自發形成．但是其在自然
界極易獲取，生長穩定．便于控制。Rellsink等首先以投加的
方式將顫蚓應用于活性污泥工藝的研究。他向裝有填料的生
物滴濾池巾投加顫蚓，發現剩余污泥產量下降了10％一50％．
剩余污泥產率從0．4kg／kg降至0．15kg／kg；同樣將顫蚓投入
裝有填料的氧化溝后，剩余污泥產率從0．22kg／kg降至
0．17kg／kg，但是其易于沉底且分布不均。Wei等人開發一套
集成式蠕蟲反應器克服上述難題．用來處理剩余污泥和回流
污泥。通過提供顫蚓附著的填料，同時通過污泥同流來避免
顫蚓的流失。我國EEr禹等[3]人發明的城市污水污泥減量處理
的附著型生物床克服蠕蟲附著量小、種群不穩定．工作能力
低、抵抗水流沖擊能力低的缺陷，使污泥減量率達到70％左
右。魏源送等人設計推流復合式生物污泥減量反應器、折流
式寡毛類蠕蟲污泥減量反應器和豎流復合式生物污泥減量
反應器可以為蠕蟲提供一個合適的柄息地[4-6]．從而有效提
高污泥減量的效果．其減最效果達到45％左右。羅濤[71在膜
生物反應器處理小區生活污水的研究中通過為游離型和附
著性蠕蟲提供良好的生長環境使其在反應器中自發形成并
達到一定的規模。通過研究發現這些蠕蟲的出現有效的控制
污泥濃度、提高污泥的性能，對污泥的減量起到很大的作用．
真正的實現污水處理的無污泥排放．還可以增強膜的通透性
使膜不易污染。
1．2蚯蚓污泥減量
蚯蚓是土壤中最常見的雜食性環節動物．它可以不斷地
吞食含有機物質的土壤。由于其高的繁殖能力和其極強的適
應能力．利用蚯蚓養殖處理有機廢料和同體廢棄物取得非常
好的效果．因此引起了世界上許多國家的重視．現在許多國
家開始用蚯蚓直接處理剩余污泥．并取得一定的成績和效
果。國內的吳敏、馬小杰等人設計蚯蚓生物反應器通過旋轉
。
萬方數據
布水器把剩余污泥直接均勻的分布到反應器上f8】．該濾床以
蚯蚓等微型動物和各種微生物為主形成了生物降解系統．對
剩余污泥進行處理．并取得非常好的效果。在水力負荷5．3～
6．6m3／(m2．d)時，SS去除率為66．67％～91．13％，VSS降解率
高達86．67％～96．20％。楊健、易當皓等人研究的蚯蚓生物濾
池對剩余污泥進行處理[9]．反應器中部放置填料供蚯蚓附著
且同時使其剩余污泥通過時起到截留的作用。此反應器在實
現污泥減量化和穩定化的同時．對污泥的沉降、脫水性能均
有一定程度的改善。并且污泥的活性有所降低。懸浮同體濃
度(ss)減量率、揮發性懸浮固體濃度(vss)減量率分別達
49．5％。55．6％和60．0％。63．2％。蚯蚓生物分解處理技術可以
實現城市污泥的“i化”(無害化、資源化、產業化)處理目標，
對環境不產生二次污染，具有流程簡單、管理方便、造價和運
行費用低廉。副產物具有經濟利用價值、經濟效益高等特點，
逐漸成為一種新興的污泥處置方法．為解決城市污水廠污泥
的最終處置提供了生態利用的途徑。
2基于微生物代謝解偶聯的污泥減量技術
正常情況下微生物的分解代謝和合成代謝通過呼吸速
率控制是相偶聯的．細胞產量和分解代謝產生的能量直接相
關。但在某些條件下．在底物被氧化的同時ATP不大量合成
或者合成以后迅速由其它途徑釋放．即分解代謝和合成代謝
解偶聯．從而使細菌在保持正常分解底物的同時，污泥產生
量減少。
2．1投加解偶聯劑
近幾年國內外研究的熱點主要集中在選擇高效的代謝
解偶聯劑．即在較低濃度下就能抑制污泥的合成代澍．同時
又不影響污泥的分解代謝能力。目前研究較多的解偶聯劑是
氯代酚，硝基酚，氨基酚、甲基酚和四氯水楊苯胺。LOW、
Chen等在實驗室中研究了10多種代謝解偶聯劑的減量效
果．發現當對硝基苯酚、三氯苯酚、四氯水楊苯胺的濃度分別
在100、5和O．8m∥L時，污泥產量分別減少了62％，50％和
78％．而污水的處理效果只下降了10％～15％。Yang等報道在
鄰氯酚、間氯酚、間硝基苯酚和對硝基苯酚四種化合物中，問
硝基苯酚的污泥減量效果最好。解偶聯劑的優勢是減量效果
好．可操作性強。存在的問題是長時間用解偶聯劑后。微生物
被馴化．解偶聯效率可能變低：大部分解偶聯劑對環境可能
有毒，應當慎重使用。陳志英、王磊等人實驗研究發現2，4一
二硝基苯酚(DNP)、鄰氨基苯酚(AP)、2，4，6一三氯苯酚
(TCP)、3，3’，4，5-四氯水楊酰苯胺(TCS)和丙二酸在各自的
最佳質量濃度20、15、4、1．2和15mg／Z時【10]，污泥的表觀增
長系數分別降低了62．39、63．75、59．40、34．58％和53．75％，而
COD去除率僅有輕微下降。他們重點研究了15mg／L的丙二
酸和4mg／L的TCP對SBR系統運行效能和污泥沉降性能
的影響．發現在長期運行過程中．兩者都能有效降低系統的
污泥產量．而對COD去除率的影響較低，但使片j丙二酸6d
后極大地影響了污泥的沉降性能．而TCP對污泥的沉降性
能影響很小。
2．2高So／Xo條件下的解偶聯污泥減量
在高汛(COD／生物量)條件下，存在過剩能量，由于微
生物在分解代謝中產生ATP的速率要大于在合成代謝中消
耗的速率．A‘rP產生累積后可能引起能量的耗散從而降低微
生物產率系數．引起合成代謝和分解代謝的解偶聯。Lju等人
研究了在基質充裕條件下能量解偶聯聯系模型和微生物表
觀增長系數模型．為高So／X條件下解偶聯提供了理論依據。但高汛條件還不能用于實際的污水處理過程，因為城市
生活污水的實際S／)(0常處于0．01～0．13范圍內，而要實現
解偶聯，S勰。要大于8。因此，既要滿足足夠高的S／xo使代
謝解偶聯．又要滿足出水水質達標，將會大大增加投資和處
理成本。而且。在高S／‰條件下，微生物產生的不完全代謝
的產物還可能對整個處理過程產生影響。
2．3高濃度溶解氧的解偶聯污泥減量
細胞表面的疏水性、微生物活性和EPS的產生都和反
應器中的溶解氧水平有關．這預示著溶解氧對活性污泥的能
量代謝有一定影響．進而影響碳在分解代謝和合成代謝中的
分布。Abbassi等人在試驗規模的CAS反應器中，當溶解氧
從1．8m∥L增加到6．0mg／L時，剩余污泥量從0．28mgMLss／
‘mgBOD；下降到0．02mgMLSS／mgBOD，。采用高濃度溶解氧工
藝來實現污泥減量無需對原有設備進行大規模改造．僅需增
大曝氣量．操作簡單．在相同的污泥停留時間下純氧系統中
的污泥產率僅為空氣系統的60％．即使在高污泥負荷率下．
污泥量也可比傳統工藝減少54％。與傳統空氣曝氣工藝相
比．純氧工藝能使曝氣池中維持較高的MISS。污泥沉降和濃
縮性能好、污泥產量低、氧氣轉移效率高、運行穩定。因此，高
溶解氧工藝在剩余污泥減量和T藝運行效能的提高方面有
很大的潛力．但增大曝氣量勢必增加能耗和運行費用．目前
該工藝仍處于實驗室研究階段．離工業化應用還有一段距
離。
3污泥溶胞技術
3．1超聲波
超聲波降解污泥主要是利用其在液體巾產生空化作用．
形成大量氣泡，瞬間破滅時產生高溫(5000K)、高壓(500x
lO)，同時液體中會產生剪切力很高的射流(40km／h)，可以
壓碎細胞壤、釋放細胞內含物。而這些胞內物質作為自產底
物被微牛物利用，從而使系統的污泥得到減量。曹秀芹等發
現在聲能密度0．25～0．50W／ml范圍內f11]．對污泥處理1～
30min后再進入至曝氣池．剩余污泥產量可以減少20％一
50％左右。諸一殊、余光輝[12]等人用超聲波進行預處理提高
污泥生物消化的作用．可使不溶物轉化為可溶物，增加了污
泥中可溶性物質的量。研究發現能量密度與時間分別為
12kW／L和10min．此時有機物釋放與能量輸入之比較優；在
此條件下．經預處理后的污泥好氧消化性能明顯比未處理的
高。消化時間為10．5d時．經超聲波預處理的污泥TSS減量
42．7％．且提高了污泥好氧消化效率．縮短了污泥好氧消化時
間。薛索姣等研究發現經超聲波處理后的剩余污泥有利于蠕
蟲的生長[13]，從而促進蠕蟲的污泥減量。在脈沖比2：l和超
聲時間10min的條件下．聲能密度為0．05W幾和0．1W／L
201 1．NO．5．o
萬方數據
時．紅斑瓢體蟲和輪蟲生長的數量達到一個峰值。而趙繼紅
等應用超聲波處理SBR系統剩余污泥【14】．發現對二沉池回
流污泥在聲能密度1W／mL作用時間15min．系統運行時間
為6h時．可將進水COD從487mg／L降至57mg／L．基本達到
了城鎮污水處理的一級排放標準．且系統運行一個月內污泥
的增加量為56mg／L，無明顯增加。污泥SVI為79．超聲后并
無影響污泥的沉降性。不過，超聲波與其他工藝相結合的條
件和污泥減量最佳效果還有待進一步的研究以降低成本．
3．2微波熱解
微波是一種頻率范嗣介于無線電波與紅外波之間的電
磁波。這種非離子化輻射可以促進分子運動．使污泥中的某
種物質吸收微波能．吸收的微波能轉化為熱能．實現細胞破
碎．釋放胞內有機物的同時將大分子有機物分解．同步改善
污泥脫水性能和厭氧消化性能，達到污泥減量的效果。國內
的孔得棟，王一娜等[15j人研究發現在微波輻照功率為800w、
輻照時間為60s、SS的活性炭投加量為0．39．g一時，污泥溶解
率達到28．9％。同單獨微波處理污泥相比．污泥溶解率增大
10％。在此操作條件下，更多的微生物胞外聚合物分解、胞內
物質釋放到液相中．使污泥上清液中溶解性有機物含量明顯
增加。污泥破解后，磷釋放到溶液中，使TP的質量濃度增加
了1．4倍。在微波輻照活性炭產生的高溫及氧化劑作用下．
部分有機氮被礦化，NH4+-N的質量濃度由7．9增至14．2mg．
L一1。其后孔德棟．王一娜等【16】人采用序批式活性污泥法
(SBR)裝置，對應用微波誘導活性纖維催化氧化實現污泥減
量研究發現，在微波功率為800W，微波輻照時間為50s。每
克SS加入0．199活性炭纖維條件下．微波誘導活性炭纖維
催化氧化污泥的分解率明顯高于單獨微波消解處理。將微波
誘導處理后的污泥返回到處理系統中。隨著被微波誘導處理
的污泥占反應器內污泥的比例(污泥處理比例)的增大。污泥
表觀產率系數隨之減小。污泥減量也越明顯：污泥處理比例
為5％(體積分數，下同)、10％、15％時，與對照系統相比，處
理系統污泥減量分別為24．3％、43．6％、62．2％：隨著污泥處理
比例的增大，處理系統出水溶解性COD(SCOD)呈升高趨
勢．但系統仍能保持其生物處理能力．SCOD去除率在85％
以上．處理系統和對照系統的氨氮降解速率常數及污泥好氧
速率相差不大?？椎聴?。劉佳【17J等人在SBR中，微波輻照與
堿聯合實現污泥減量的研究發現：在微波輻照功率800W，
輻照時間120S，每克SS投加NaOH0．169，每天處理的污泥分
別為反應器內污泥的5％、10％、15％時，污泥表觀產率系數
分別減少18％、26％、38％。雖然隨著污泥處理比例的增大，
處理系統出水SCOD略有增加．但處理系統仍能保持其生物
處理能力．SCOD去除率在82．4％～84．2％．對系統的生物處理
能力影響不大。兩系統對NH4十-N去除率均在94．6～95．9％．
微波輻照與堿聯合處理系統的硝化能力沒有受到太大影響．
污泥分解后，磷釋放到溶液中，返回至生物系統。使出水的
TP濃度有所增加。
3．3臭氧氧化
臭氧具有強氧化性．被廣泛用于污水處理廠中以提高污
20’1．No。5。
水的生物降僻能力，臭氧是強的細胞溶解劑．能夠強化細菌
的隱性生長．增大細胞衰減速率．降低剩余污泥產量。孑L德棟
等【18】對污泥進行臭氧氧化發現在臭氧投量為0．0590JgSS．每
天氧化的污泥分別為反應器內污泥的10％、20％、30％時，污
泥表觀產率系數分別減少24％、46％、73％。污泥氧化比例與
污泥減量的程度成正比關系．Yasui等研究發現。當臭氧化回
流污泥量是剩余污泥量的3．3倍．臭氧投量為0．015k902／
kgSS時．基本上實現剩余污泥的零排放。王嶸等it9將臭氧通入
SBR反應器中進行同步臭氧氧化．發現當臭氧投加量從零增
加到0．0409SS／g時污泥產率從0．459SS／gSCOD減少到一
0．049SS／gSCOD；對出水水質沒有顯著影響。污泥臭氧化減量
技術很容易和現有的污水處理系統進行結合使用．經臭氧氧
化后的污泥同流至反應器中還能提高系統的反硝化能力．并
改善了污泥的沉降性能。但是作為一項新技術仍有許多問題
需要解決。比如處理成本高，出水水質變差．特別是出水中
N、P含量高等問題困擾著臭氧化污泥減量技術的推廣與應
用。因此，我們還需要進一步的研究使其得到推廣和應用。
4其他利用生物的污泥減量技術
4．1 添加微生物制劑的污泥減量技術
目前使用較多的是多功能復合微生物制劑(multifunc—
tional compound micro—organisms preparation．MCMP)，它是由
高效脫氮除磷菌、氧化分解有機污染物的微生物和極度耐鹽
菌等組成。投加MCMP一方面能夠優化微生物群落結構．增
加了污水處理系統中高效微生物的種類和濃度．抑制不利菌
和“無用”菌的生長，改善了污泥性能和代謝活性：另一方面
強化了微生物分解代謝能力．因為MCMP中的微生物能分
泌大量的胞外水解酶．促進污水中的大分子有機物分解成易
被其他微生物進一步分解和利用的小分子物質．另外分泌的
一些水解酶還可加速對死亡微生物細胞的水解．使之轉化為
溶解性的有機物，產生活性污泥的“隱性生長”現象。李俊等
在氧化溝的好氧段投加MCMP[20]。投加頻率為1次／月、每次
的投加量為日處理水量的0．005％時．系統運行了6個月而
沒有外排剩余污泥。投加MCMP后不僅能保證污水處理廠
的出水水質，而且還強化了對氮、磷的去除。李俊、朱臻等考
察了投加多功能復合微生物制劑(MCMP)對污水處理過程
中剩余污泥減量的影響【2I】。中試研究結果表明．曝氣池中．每
次MCMP菌劑加入量為日處理水量的0．02％。0．04％的條件
下，運行2個月裝置未排放剩余污泥．有效地實現剩余污泥
源頭減量的預期要求。該技術不增加或改變原有污水處理工
藝和運行方式。不增加處理系統總的動力消耗．并且不會對
出水水質產生不良影響。
4．2活性污泥法與生物膜法聯合的污泥減量技術
活性污泥法與生物膜法聯合進行污泥減量．可以結合兩
者的優點，在不影響污水處理效果的情況下．在污泥產生的
過程中對污泥進行減量。具有工藝簡單、效果好、經濟等優
點。李洵、歐陽文騾等人通過在缺氧一好氧工藝中投加BF生
物填料【笠]，發現微生物的內源代謝是污泥減量的根本原因，
而用BF填料構成的復合生物接觸氧化池為之創造了良好
。
萬方數據
的客觀環境．使微生物的量大大增加，增加了池內MLSS，延
長污泥停留時間．同時增強微生物的硝化反硝化作用。該工
藝促進污泥中污染物被充分的降解，并使產生的污泥被進一
步降解．污泥在源頭得到減量。此試驗的污泥減量效果較好，
剩余污泥減量率最大可以達到89．5％，同時也可以提高氮的
去除率。
5結語
我國對于污泥的處理基本停留在末端治理的水平。但是
污泥產量的不斷增加給其后續處理帶來了沉重的壓力。雖然
對污泥處理處置的方式很多．按照生態原則組織工業活動、
消除污染。將成為未來各行業發展的必然趨勢。對于污泥的
處理也應按照綠色、清潔、環保的生態原則，污泥的減量化是
解決污泥出路的最佳處置方式。從經濟與環境效益來說，基
于生物作用引起污泥減量和物化法與生物法聯用技術將是
今后發展的重要方向之一。隨著這些問題的逐步解決，污泥
減量化工藝將得到更好的應用。
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四大新能源產業協調發展
據悉．新能源作為中國七大戰略性新興產業之一，未來
發展重點鎖定在核電、電風、太陽能和生物質能四大產業，其
中太陽能和生物質能發電裝機容量目標基本確定。即未來5
年分別到1000萬千瓦和1300萬千瓦。風電的發展也將保持
每年新增1000萬千瓦裝機容量的發展速度。
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中國太陽能發電產業應多元并舉
我國《可再生能源發展“十二五”規劃》即將出臺，此次
《規劃》對當前太陽能發電產業發展方向鼓勵從大規模電站
模式向多元化分布．從單一光伏向光伏、光熱雙項并舉發展。
這也是太陽能發電產業由粗放式向集約化升級的一個積極
信息。
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未來太陽能成為主要能源
據報道，國際能源署(IEA)預計50年內太陽能將成為全
球能源供應的主要來源．危害環境的溫室氣體排放將大大減
少。據分析預測，光伏和太陽能電廠到2060年將滿足全球大
2∞1．NO．5．
部分用電需求．余下部分多由風電、水電和生物能源電廠供
應。

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