（环境工程专业论文）解偶联代谢对活性污泥工艺中剩余污泥的减量化作用.pdf

摘要 活性污泥法是目前世界上应用最广泛的污水生物处理技术，但它一直存在一 个最大的弊端，就是会产生大量的剩余污泥。本文针对我国目前已逐渐暴露出来 的污泥出路问题，利用在质子载体存在下或发生好氧缺氧循环时，生物发生合 成代谢和分解代谢的解偶联，造成的能量泄漏反应使生物的生长速率下降的生物 化学机制，通过物理、化学、生物等手段，主要依靠降低微生物产率以及利用微 生物自身内源呼吸进行氧化分解，使污水处理设施向外排放的生物量达到最小， 从根本上、实质上减少污泥量。首先比较筛选了对污泥的减量化效果好、价廉、 无毒的化学解偶联剂：在此基础上，研究了添加3 ，3 ，47 ，5 - 四氯水杨酰苯胺 ( t c s ) 的分批活性污泥工艺的剩余污泥减量化效果，以及对工艺运行效能和污 泥性能的影响；着重进行了添加t c s 的活性污泥工艺、好氧一沉淀一缺氧( o s a ) 工艺、添加t c s 的o s a 联合工艺的连续运行试验研究。 对邻氯苯酚( o c p ) 、间氯酚( m c p ) 、2 ，4 - 二氯苯酚f d c p ) 、2 ，4 ，5 - 三氯 酚( d c p ) 、对硝基苯酚( p n p ) 、间硝基酚( m n e ) 、2 ，4 - 二硝基苯酚( d n p ) 和 t c s8 种化合物的污泥减量化效果进行的比较研究表明，8 种化学物质均是较好 的代谢解偶联剂，都能有效地控制污泥产率。硝基酚类化合物优于t e 氯酚类化合 物，其中d n p 和p n p 的效果最好，控制率分别为8 9 1 6 和8 3 7 7 。o c p 、t c p 、 m n p 和t c s 的污泥产率控制率也达到6 0 以上。各种代谢解偶联剂效果的差异 与其酸性大小有关，p k a 值越低，污泥的减量化效果越好，这证实了解偶联剂所 造成的产生a t p 质子动力势( p m f ) 弱化的理论分析。解偶联剂使污泥产率下降 的最佳浓度基本都在十几p p m 左右。解偶联剂浓度固定不变时，随污泥浓度的 升高，污泥产率逐渐提高。高污泥浓度将弱化解偶联剂的效果，因此认为采用比 解偶联刺浓度( 解偶联剂浓度，污泥浓度) 来选择解偶联剂更为科学合理。 研究了在分批间歇式活性污泥工艺中，投加液体t c s 、固体t c s 和固体t c s 的投加方式对剩余污泥的减量化效果以及对工艺运行效能和污泥性能的影响。连 续4 0d 的分批运行结果表明，3 6m g it c s 能降低污泥产量5 4 3 ，而基质的去 除能力没有受到影响，出水的总氮和氨氮浓度和对照相当。污泥的s v i 略微有 些增大，和对照相比污泥较疏松，但污泥的沉降性能未见有影响。污泥的比氧气 消耗速率( s o u r ) 和脱氢酶活性都比对照污泥要高，说明t c s 对污泥中的微生 物有激活作用，促进能量泄漏，这是造成污泥产率降低的原因所在。经过4 0d 的运行后，在对照反应器中，仍有丝状菌存在，而添加t c s 的反应器中的污泥 中丝状菌则很少。分子生物学手段( p c r d g g e ) 检测表明污泥中的细菌种群结 构也发生了改变。t c s 以固体方式投加的效果好于液态投加，但污泥的c o d 去 除能力有所下降，出水的总氮和氨氮含量和对照相当，污泥的s v i 值升高，但 不至于严重影响污泥的沉降性能。在总投加量相同的情况下，一次性投加比分批 小剂量投加对污泥的减量化效果要好，c o d 的去除率受到了一定的影响，随剂 量增高，影响程度越明显，最高剂量时的c o d 的去除率比对照下降了1 2 。但 出水的总氮和氨氮没有影响。污泥的s v i 值也比对照要高，但污泥的沉降能力 并没有受到严重的负面影响，而发生污泥膨胀。 连续运行6 0 天的试验结果表明，每天投加t c s4 0r a g ，合建式完全混合活 性污泥工艺中的剩余污泥产量下降3 0 ，工艺的c o d 去除能力和污泥的沉降性 能未受明显影响。但出水中的氨氮和总氮浓度增大了约1 6 1 8 。同时发现污泥 的s o u r 值提高，说明化学解偶联剂可使微生物，尤其是细菌的呼吸速率得以 提高。添加t c s 系统中的污泥，原生动物和后生动物种类和数量减少，而且活 性较低。污泥中丝状茵较多，污泥较松散。微生物的种群结构也发生了改变。 添加t c s 的传统活性污泥工艺、o s a 工艺以及两者的联合工艺的1 8 0 天连 续运行发现，3 种工艺的剩余污泥产量均较对照工艺低，联合工艺的污泥的减量 化效果最好，其次是添加t c s 的传统活性污泥工艺，最后是o s a 工艺。污泥产 量分别比对照下降4 6 9 0 、3 3 9 9 和2 5 9 4 。和对照的传统活性污泥工艺相比， 3 种工艺的c o d 去除能力并未受很大影响，但出水中的氨氮浓度上升，总氮去 除率也有一定程度的下降，同时发现3 种工艺能使污泥的吸磷能力增强。t c s 的加入使污泥的s v i 值上升，但o s a 工艺能改善污泥的沉降性能。虽然单独添 加t c s 的活性污泥工艺和o s a 工艺国外都有报道，本试验结果也与他们的研究 结果相似，但t c s 和o s a 的联合工艺目前国内外都未见有报道。这为在活性污 泥工艺中开发剩余污泥的减量化技术提供了条新型技术途径。 大肠杆菌e , c o l ik 1 2 菌株的对数生长培养物经氯霉素处理后，热产量下降， 但即使生长停止，产热速率仍可达o 2 2i t w l g g 蛋白质。葡萄糖耗尽后，无热量 产生。说明这种与生长无关的能量泄漏并不仅仅是由于内源代谢所致。当培养在 i i 无氮，但含有过量葡萄糖的静息培养基中耐，热量产生速率可达o 1 5 w p g 蛋 白质。莫能霉素和3 ，3 ，4 。，5 。四氯水杨酰苯胺( t c s ) 可使热量增加两倍。二环己 基碳酰亚胺( d c c d ) 则可消除与生长无关的热量产生，而d c c d 对葡萄糖的转 运却无影响，这表明质子流入和膜f l f 。质子a t p 酶是能量泄漏的主要原因。 关键词：活性污泥工艺，剩余污泥减量化污泥产率；质子载体：，3 ，3 ，4 ， 5 - 四氯水杨酰苯胺( t c s ) ，解偶联剂，好氧沉淀一缺氧( 厌氧) ( o s a ) 工艺 能量泄漏，大肠杆菌，热量，f i f 。a t p 酶 i l i a b s t r a c t w o r l d w i d e t h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si si nc o m m o n u s ef o rt h et r e a t m e mo f w a s t e w a t e r , w h i c ha l s og e n e r a t e s al a r g e q u a n t i t y o fe x c e s s s l u d g ed a l l y a sa b y p r o d u c t t h a tr e q u i r e sa d d i t i o n a lp r o c e s s i n ga n dd i s p o s a la n dm a ya c c o u n tf o ru pt o 6 0 o ft o t a l p l a n to p e r a t i o nc o s t s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ei n c r e a s i n g g e v e f e p r o b l e mo fs l u d g e u l t i m a t e o u t l e t ，u n c o u p l e dm e t a b o l i s mu n d e rt h ep r e s e n c eo f p r o t o n p h o r eo ra e r o b i c - a n o x i cr e c y c l e o c c u r sa n dd i s s i p a t i n ge n e r g yi n t e n d e df o r a n a b o l i s mo fc e l l sm a s sp r o v i d e sad i r e c tm e c h a n i s mf o rr e d u c i n gt h ey i e l do f b i o m a s s r e d u c t i o no fy i e l do fc e l la n dl y s i so fc e l lb ye n d o g e n o u sr e s p i r a t i o n 啊t l l p h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a lm e a n s r e s u l ti nl o wt oz e r oe x c e s ss l u d g ed i s c h a r g e f r o mw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h i sm e t h o dc a nr e d u c es l u d g ep r o d u c t i o nr a d i c a l l y a n dv i r t u a l l y t h ee f f e c t i v e n e s so fe i g h tm e t a b o l i cu n c o u p l e r si nr e d u c i n gs l u d g e p r o d u c t i o nf r o ma c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw e r ec o m p a r e dt o s c r e e ne f f e c t i v e ，c h e a p a n dn o n t o x i ca v a i l a b l e u n c o u p l i n g c h e m i c a l sa n dd e t e r m i n e dt h e l o n g t e r r a u n c o u p l e r e f f e c t so f 3 , 3 ，4 ，5 一t e t r a c h l o r o s a l i c y l a n i l i d e ( t c s ) i na c t i v a t e ds l u d g eb a t c h c u l t u r e s t h ee 雎c t so fa d d i t i o no ft c so n p r o c e s sp e r f o r m a n c e a n d s l u d g e c h a r a c t e r i s t i c sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s1 l i t l la d d i t i o no f t c s o x i c s e t t l i n g a 1 1 0 x i c ( o s a ) p r o c e s s a n do s aw i t ha d d i t i o no ft c sc o m b i n e d p r o c e s sw e r e s t u d i e di nc o n t i n u o u so p e r a t i o nw i t he m p h a s i s i nt h es e c o n dc h a p t e r , e f f e c t so f8u n c o u p l i n gc h e m i c a l s o c h l o m p h e n o l ( o c p ) m - c h l o r o p h e n o l ( m c p ) ，2 ，4 - d i c h l o r o p h e n 0 1 d c p ) ，2 ，4 ，5 - 缸c h l o r o p h e n o l ( t c p ) ， p - n i t r o p h e n o l ( p n p ) ，m n i t r o p h e n o l ( m n p ) ，2 , 4 - d i n i t r o p h e n o l ( d n p ) a n dt c s 】o n c e l l y i e l d si nb a t c hc u l t u r e sw e r ec o m p a r e da n df o u n dt h a ta l le i g h tc h e m i c a l sa r cg o o d u n c o u p l e r s i n r e d u c i n gs l u d g ey i e l d n i t r o p h e n o l c h e m i c a l sw e r eb e t t e rt h a n c h l o r o p h e n o l s t h et w o c h e m i c a l sd n pa n dp n p 、：i ，e f et h em o s te f f e c t i v eu n c o u p l e r s o f a c t i v a t e ds l u d g e r e s p i r a t i o nw i t hc o n t r o lr a t e so f 8 9 1 6 a n d8 3 7 7 r e s p e c t i v e l y t h ec o n t r o lr a t e so fo c p , t c p , m n pa n dt c sw e r ea l s om o r et h a n6 0 t h e a c i d i t y c o n s t a n t ( p k a ) o f am e t a b o l i cu n c o u p l e rh i g h l yi n f l u e n c e di t se f f e c t i v e n e s si ns l u d g e r e d u c t i o n , i e m e t a b o l i cu n c o u p l e rw i t hal o w e rp k av a l u eh a sah i g h e rp o t e n t i a lt o r e d u c es l u d g ep r o d u c t i o nw h i c hc o n f u r m e dt h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s t h a t u n c o u p l e r w e a k e nt h e p r o t o nm o t i v ep o t e n t i a lp r o d u c i n ga t et h eo p t i m a lc o n c e n t r a t i o n so f u n c o u p l e r sr e d u c i n gs l u d g ey i e l dw e r ea b o u t l0 p p m w h e n t h e u n c o u p l e r c o n c e n t r a t i o nw a s c o n s t a n t ，s l u d g ey i e l d i n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s i n gs l u d g e c o n c e n t r a t i o n h i 【g hs l u d g ec o n c e n t r a f i o nw o u l dw e a k e nt h ee f f e c to fu n c o u p l e r t h e r e f o r e ，t h e s p e c i f i cu n c o u p l e rc o n c e n t r a t i o n ，i e t h e r a t i oo f u n c o u p l e r c o n c e n t r a t i o nt os l u d g ec o n c e n t r a t i o nw a sab e n e r p a r a m e t e r t oc h o o s e u n c o u p l e r i nt h et h i r dc h a p t e r , t h ee f f e c to fa d d i t i o no f l i q u o rt c s ，s o l i dt c s a n da d d i t i o n m o d eo fs o l i dt c so ne x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o ni nb a t c ha c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s , p r o c e s sp e r f o r m a n c ea n ds l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t so f4 0 d a y b a t c h o p e r a t i o nd e m o n s t r a t e dt h a tt c so f3 6m g ic a nr e d u c es l u d g ep r o d u c t i o n b y5 4 3 ，b u ts u b s t r a t er e m o v a lr a t ew a sn o ti n v e r s e l yi n f l u e n c e da n de f f l u e n tt o t a l n i t r o g e n a n dn h 3 - nc o n c e n t r a t i o n sw e r e c o m p a r a t i v e w i t ht h ec o n t r o lt e s t s v i v a l u e so f s l u d g ew e r ei n c r e a s e ds l i g h t l y a l t h o u g hc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o ls l u d g e ， t h es l u d g ew a sl o o s e ；t h e s e t t l a b i l i t yo fs l u d g ew a sn o ta f f e c t e d s p e c i f i co x y g e n u p t a k er a t e ( s o u r ) a n dd e h y d r o g e n a s ea c t i v i t yo fs l u d g ew e r eh i g h e rt h a nt h o s eo f c o n t r o ls l u d g e ，w h i c hs h o w e dt h a tt c sc a d a c t i v a t em i c r o b i a li ns l u d g et op r o m o t e e n e r g ys p i l l i n gw h i c hr e s u l t i n gi ns l u d g ey i e l dr e d u c t i o n f i l a m e n t o u sb a c t e r i aw e r e s t i l lp r e s e n ti nt h ec o n t r o lr e a c t o r ，w h i l et h i sd i dn o to c c u ri nt h er e a c t o rw i t ha d d i t i o n o ft c s t h er e s u l t s o fp c r - d g g e t e c h n o l o g ys u g g e s t e d t h a tt h em i c r o b i a l v p o p u l a t i o nw a sc h a n g e d t h ee f f e c to f d o s i n g s o l i dt c sw a sb e t t e rt h a nt h a to f l i q u o r t c s b u tc o dr e m o v a lr a t ew a sd e c r e a s e dal i t t l e e f f i u e n tt na n dn h 3 - n c o n c e n t r a t i o n sw e r et h es a m ew i t ht h o s eo fc o n t r o l ，s v iv a l u e so fs l u d g ew e r e i n c r e a s e d s l i g h t l y o nt h e b a s i so fs a m ed o s a g eo fs o l i d t c s ，s l u d g ep r o d u c t i o n r e d u c e dm o r ew h e na d d i t i o ni nw h o l et h a na d d i t i o ni nb a t c h e s ，b u tc o dr e m o v a lr a t e o f s l u d g ew a si n f l u e n c e dt os o m ee x t e n t e f f l u e n tt na n d n h 3 - nc o n c e n t r a t i o n sw e r e n o ti n f l u e n c e d s v iv a l u e so f s l u d g ew e r ea l s oi n f l u e n c e d i nf o r t hc h a p t e r ，t h ec o n t i n u o u sc u l t u r e sw i t ha d d i t i o no f s o l i dt c sw e r es t u d i e d e x c e s s s l u d g ep r o d u c t i o ni nc o m b i n e d c o n s t r u c t e da c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s sw a s r e d u c e db y3 0 w h e nd o s e dw i t h4 0m g t c s ，a n dc o dr e m o v a lr a t ea n ds l u d g e s e t t l a b i l i t yw e r en o ti n f l u e n c e do b v i o u s l y b u te f f l u e n tt na n dn h 3 - n c o n e e n t r a t i o n s w e r ei n c r e a s e db y1 6 - 1 8 t h ei n c r e a s e ds o u r o fs l u d g ei n d i c a t e dt h a tc h e m i c a l u n c o u p l e ri n c r e a s et h er e s p i r a t i o nr a t eo fm i c r o b i a l a f t e ra d d i n gt c s ，t h es p e c i e s ， q u a n t i t ya n da c t i v i t yo fp r o t o z o aa n dm e t a z o aw e r ec u td o w n m i c r o b i a lp o p u l a t i o n w a s c h a n g e d 18 0d a yc o n t i n u o u so p e r a t i o no f c o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw i t ht c s ， o s a p r o c e s sa n dc o m b i n e dp r o c e s ss h o w e dt h a tt h ee x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n so f3 p r o c e s s e sw e r ea l ll o w e rt h a nt h a to fc o n t r o lp r o c e s s t h ec o m b i n e dp r o c e s sc o u l d r e d u c es l u d g e p r o d u c t i o nm o s t ，a n dt h e ni sa c t i v a t e dp r o c e s sw i t ht c s ，a n dt h el a s ti s o s a p r o c e s s 3p r o c e s s e sr e d u c e de x c e s ss l u d g ep r o d u c t i o n sb y4 6 9 0 3 3 9 9 a n d 2 5 9 4 ，r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t hc o n t r o lp r o c e s s ，c o dr e m o v a lr a t e sw e r en o t i n f l u e n c e ds i g n i f i c a n t l y , b u te f f l u e n tn h 3 nc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e da n d i n r e m o v a l r a t ed e c r e a s e d 。i n t e r e s t i n g l y , s l u d g eo f p r o c e s sw i t ht c sa n do s a p r o c e s sa b s o r b e d p h o s p h o r m o r e s t r o n g l y s e t t l e a b i l i t y o f s l u d g e w a sd e t e r i o r a t e d b yt c s ，b u t i m p r o v e db yo x i c 。a n o x i cr e c y c l eo f s l u d g e a l t h o u g ht h e r ew e r er e p o r t so nt c sa n d v i o s a p r o c e s so ns l u d g ey i e l d ，t h ec o m b i n e dp r o c e s sw a s t h ef i r s tr e p o r to ne x c e s s s l u d g er e d u c t i o n w h i c h p r o v i d e sa n o v e lt e c h n o l o g yt om i n i m i z es l u d g ep r o d u c t i o n i nf i f t hc h a p t e r , w h e ne x p o n e n t i a l l yg r o w i n gc u l t u r e so fe s c h e r i c h i ac o l iw e r e t r e a t e d 、v i t hc h l o r a m p h e n i c o lt h e r ew a sad e c f i n ei nh e a tp r o d u c t i o n b u tt h er a t ew a s g r e a t e rt h a n0 2 2h w ，t t gp r o t e i ne v e na f t e rg r o w t hc e a s e d s i n c et h e r ew a sn oh e a t p r o d u c t i o na f t e rg l u c o s ed e p l e t i o n ，t h i sg r o w t h - i n d e p e n d e n te n e r g ys p i l l i n gw a sn o t s i m p l yd u et oe n d o g e n o u sm e t a b o l i s m s t a t i o n a r yc e l l si n c u b a t e di nn i t r o g e n * f r e e m e d i u mc o n t a i n i n ga l le x c e s so fg l u c o s ep r o d u c e dh e a ta t ar a t eo fo 。1 5 i u w p g p r o t e i n m o n e n s i na n dt c sc a u s e dam o r et h a n2 - f o l di n c r e a s ei nh e a tp r o d u c t i o n d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d e ( d c c d ) v i r t u a l l y e l i m i n a t e d g r o w t h - i n d e p e n d e n t h e a t p r o d u c t i o n d c c dh a dl i t t l ee f f e c to nt h eg l u c o s et r a n s p o r tw h i c ha p p e a r e dt h a tt h e c o m b i n e da c t i o no f p r o t o ni n f l u xa n dt h ef 1 f o a t p a s ew a sr e s p o n s i b l ef o re n e r g y s p i l l i n g k e y w o r d s ：a c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s ，e x c e s ss l u d g er e d u c t i o n ，s l u d g ey i e l d ， p r o t o n p h o r e ，3 ，3 ，4 ， 5 - t e t r a c h l o r o s a l i e y l a n i l i d e ( t c s ) ，u n c o u p l e r , o x i c s e t t l i n g a n o x i c ( a n a e r o b i c ) ( o s a ) p r o c e s s ，e n e r g ys p i l l i n g ，e s c h e r i c h i ac o l i ， h e a tp r o d u c t i o n ，f 1 f oa t p a s e v 浙江大学博士学位论文 第一章前言 1 1 我国污泥概况 1 1 1 我国的污泥产量发展状况 活性污泥法是城市污水处理厂应用最为广泛的生物处理技术，它具有基建投 资省、处理效果好的优点，但它一直存在一个最大的弊端，那就是在运行过程中 会产生大量的剩余污泥。一座日处理1 0 万吨污水的城市污水处理厂，如每日正 常运行，则每日将产生污泥干固体1 0 2 0 吨，折合成含水8 0 污泥，将达5 0 1 0 0 吨。在我国1 9 9 9 年的污泥产量就达近1 0 0 0 万吨( 欧洲为6 6 0 万吨) ，而此时的 城市污水处理率还不到2 0 。今后几年我国的污水处理厂污泥产量将会有大幅度 的上升，主要有以下几方面的原因1 8 9 。 1 污水量的增加随着我国城市化进程的加快、人口的急剧增加。污水 排放量日益增加。根据有关预测，我国城市污水量在未来2 0 年还会有较大增长， 2 0 1 0 年污水量将达到4 4 0 x 1 0 8 m 3 d ，2 0 2 0 年将达到5 3 6 x 1 0 8 m 3 d 。全国目前共有 污水处理厂约4 0 0 多座，年处理污水1 0 0 多亿立方米。建设部计划从现在到2 0 1 0 年，新建城市污水处理厂1 0 0 0 余座，污水处理能力将由目前的1 2 0 0 万吨日增 加到5 0 0 0 6 0 0 0 万吨日，因此污泥产量将会成倍地增长。 2 污水处理率提高2 0 0 2 年我国城市污水处理率为2 2 3 ，根据国家环 境保护十五规划，到2 0 0 5 年城市生活污水集中处理率要达到4 5 ，且5 0 万人以 上的城市要达到6 0 ，省会及重点旅游城市不低于7 0 。就杭州市而言，污水 处理率达3 0 时，年产污泥就己达2 万吨之多。按照国家十五规划要求，到2 0 0 5 年杭州市的城市污泥将达到年产5 万吨以上。 3 处理标准提高，处理功能拓展随着我国排放标准日趋严格及污水处 理功能的拓展，污泥产量随之增加。尤其是现在日益引起重视的无机营养物质n 、 p 的去除，德国脱氮除磷污水处理厂的运行经验表明，若污泥中磷的含量为5 ， 污泥量比传统活性污泥法要增加1 3 。一般为保证出水磷含量达标，通常辅以化 学除磷，这样污泥量至少增加3 0 0 , 6 以上。 污泥含有大量的水分( 7 5 9 9 ) ，成分复杂，且有大量的病原菌和寄生虫 ( 卵) 、有害的有机污染物、重金属等有害成分，伴有恶臭，易腐烂。如不及时 处置，极易造成二次污染。现在大量未稳定处理的污泥已成为城市污水处理厂的 沉重负担和环境的极大威胁。如何处置这些污泥是一个急待解决的大问题。 1 1 2 我国污泥处理处置的现状与问题 我国污泥的产生量快速增长，僵与此冠时，污水处理厂污泥的处理处置且普 遍存在以下问题f 8 9 , 9 0 1 ： 1 对污泥处理不够重视，同时污泥处理难度增加。长期以来，国内外对污 水处理技术给予了更多的关注，处理工艺日益成熟。处理标准随着国家对环境问 题的重视逐渐提高。但由于经济、设计、管理等诸多方面的原因忽视了污泥处理 的重要性。同时由于大量工业废水超标排放、农业排水及雨水径流等面源污染的 问题使得污泥成分日益复杂，污泥存在大量人工合成难生物降解的有机物、重金 属、病原微生物等，使污泥处理难度增加。这些污泥如不妥善处理，势必会对环 境造成二次污染，形成新的公害，使城市污水处理事倍功半。 2 随污水处理排放标准的提高。污泥处理产生新的问题。为防止水体富营 养化的发生，污水处理不仅要进行有机物的去除，而且要进行n 、p 等无机营养 物的去除。同时由于水资源的日益紧张，各国城市尤其是缺水地区都在寻求新的 水源，污水资源化是其中的主要途径，而满足污水回用需进一步去除污水中的污 染物质，随着这种处理功能的拓展，污泥量随之增加，而且生物除磷脱氮工艺要 考虑污泥处理处置中n 、p 的返回负荷，如德国脱氮除磷工艺运行情况表明，污 泥处理返回的氮量可达进水含氮量的2 0 ，返回的磷量可达进水含磷量的6 0 ， 具体返回负荷大小与污泥处理工艺有关，这对污泥处理提出了新的要求。 3 污泥处理处置基建投资大，运行费用高。虽然污泥量约为污水量的1 2 ， 但污泥处理设施投资在整个污水处理厂总投资中占约4 0 5 0 。我国的污泥处理 技术严重滞后，现有的污水处理设施中，污泥处理工艺和配套设施极不完善，有 污泥稳定处理设施的还不到2 5 ，处理工艺和配套设备完善的不到1 0 。目前 我国污泥的处理大多采用厌氧消化，其前期一次性投资大，而且还有工艺负荷低、 安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题。使褥部分运行管理水平 较低的污水处理厂索性将消化池闲置，造成很大浪费。有些污水处理厂被逐渐发 2 塑堑盔兰竖圭兰垡堡塞 展的居民区包围，隔离距离达不到消防部门要求，造成消化池无法正常运行因 此在实践中要求规模较小的污水处理站应用厌氧消化工艺处理污泥是不可能的。 小型废水处理设施，通常不考虑或弱条件考虑污泥的处置问题。绝大多数污泥经 过重力浓缩、消化、机械脱水这一套简单的工艺处理后，就送住垃圾场填埋或直 接暴露在旷野中，造成严重的二次污染。尽管国家花费了大量人力、物力、财力 治理了污水，但污水处理的伴生产品污泥却得不到充分有效的控制，大大抵消了 污水处理的环境保护意义。 4 现有各种污泥处置方法存在不足。目前大多数国家采用填埋、焚烧、投 海、土地利用等实用性方法。表i - i 列出了一些国家污泥产出情况与处置途径。 表i - i 部分国家污泥产生量与处理途径 t a b l e1 - ls l u d g ep r o d u c t i o na n dt r e a t m e n tm e t h o d si ns o m ec o u n t i e s 污泥的处理与处置费用一般要占总运行费用的3 0 ( 填埋) 一6 0 ( 焚烧) 。 在我国城市污水处理厂中，传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂 总运行费用的2 0 5 0 。投资占污水处理厂总投资的3 0 4 0 。在许多国家( 欧 美、中国等) ，常用的污泥处理处置技术中，投海已明令禁止。填埋所需成本最 低，但是它要占用大量的土地资源，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗滤 水、臭气的困扰，在许多国家和地区，新建填埋场遭到人们坚决反对，如德国从 2 0 0 0 年起，要求填埋污泥的有机物含量小于5 ，美国环保局估计今后2 0 年内， 美国6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关闭。焚烧处理虽然减量程度很高，但投资运 行费用很高，难以处理量大面广的城市污水处理厂的污泥，而且存在烟气污染的 问题，我国少数应用焚烧装置并试运行的城市，发现二恶英排放超标而不得不停 浙江大学博士学位论文 止运行。土地利用可以将污泥变废为宝，但是污泥中含有重金属离子、呋喃等有 害物质。尤其我国，由于排水沟道建设的不完备，绝大多数城市生活污水与工业 废水混合进入污水处理厂集中处理，造成剩余污泥中重金属和持久性有机污染物 ( p o p s ) 普遍超标，难以达到土地利用标准。 5 大量小型污水处理厂站的污泥问题有待解决。随城市化建设步伐的加快， 大量新建住宅小区、经济技术开发区远离市区，污水近期难以排入市政管道集中 处理，因此不得不分散、就近建大量小型污水处理厂站，其污泥绝大部分未能妥 善处置，势必对当地环境造成影响。这些小型污水处理厂站污泥问题亟待解决。 污泥的最终处置越来越困难，污泥处置已成为污水处理厂设计、运行中必须 优先考虑的主要环节。1 9 9 6 年国际水质协会( i a w q ) 对全世界2 4 个国家进行 污泥处理处置调查表明，污泥问题不仅是中国也是全世界面临的技术挑战。解决 污泥的出路问题是污水处理厂正常运行的前提条件。为了防止污泥的二次污染 首先，应尽可能通过技术进步和工艺改造等手段减少污泥的产生量，这是最有效 的措施。大力开展促进污泥减量技术的研究，以大幅度降低现有污泥处理处置基 建和运行费用，提高污水处理厂投入产出比，促进污水处理技术的日益完善。对 污水处理厂来说，只有污水污泥两部分都能合理且妥善地去除，才能达到污染控 制和清洁生产的目的。 污泥问题使人们对于能减少污泥产量的生物处理工艺更加关注。从源头着 手，在污水处理过程中想方设法地减少剩余污泥产生的思路受到各国学者的重 视，这也符合绿色生产方案中关于废物处理的原则，即按照减量化、资源化、无 害化顺序考虑。污泥的减量化与减容化有着本质的区别，减容化是通过降低污泥 的含水率来缩小污泥的体积，而污泥中的生物体量几乎得不到减少。剩余污泥减 量化是通过物理、化学、生物等手段主要依靠降低微生物产率以及利用微生物 自身内源呼吸进行氧化分解，使污水处理设施向外排放的生物量达到最小，是从 根本上、实质上减少污泥量。若将污水处理看成生产过程，将清洁生产的理念运 用到污水处理，剩余污泥的减量化是从源头进行治理的“绿色生产”。众所周知， 污泥无害化成本之所以高是由于污泥量极大而重金属、p o p s 浓度很低。经减量 化后的污泥中有害物质浓度也将被成倍地浓缩，从而为无害化处理创造了更好的 条件。可以大大降低无害化费用。 浙江大学博士学位论文 1 2 国内外污泥减量化技术的研究现状 目前的污泥减量技术主要基于三类作用原理，一类是基于细胞溶解( 或分解) 一隐性生长的污泥减量技术，先对湿污泥进行机械、化学、热一化学、生物氧化， 破碎分解污泥絮体，促进微生物细胞溶解，使生物体中的有机碳作为微生物的底 物并