在污水处理过程中实现污泥减量化的分析研究

　　摘要：污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。在我国经济迅速发展的同时，所排放的污水中污泥的含量也在迅猛增加，随着污水处理行业的高速发展，污水处理厂的污泥产生量急剧增加，已给企业和社会带来极大的经济和环境问题。因此，开发污泥减量技术意义重大。本文着重阐述了当今社会中实现污泥减量化的几种污水处理工艺，以供污水(污泥)处理技术人员参考。
　　关键词：污泥减量化；膜生物反应器；多孔微生物载体
　　
　　随着我国经济的快速发展，污水厂处理水量将不断扩大和提高，污泥的产量也将会大幅度地增加。同时，污泥处理的投资和运行费用昂贵，己成为各城市污水厂所面临的严重问题。污泥处理的通常作法是：先经过浓缩、稳定、脱水等处理后，进行最终的处置。当前常用的最终处置方法有：卫生填埋、干化焚烧和土地利用等。随着人们对环境重视和污水处理标准的日益严格，使得常规处置方法变得非常困难。虽然近年来国内外也发展了一些新的污泥减量化及资源化处置技术，但污泥的资源化利用受到所能消纳污泥的量的能力、资源化产品的市场需求量以及公众对其的心理接纳程度等因素的制约。因此，如何合理的解决污泥问题，己是当前急需解决的环保问题之一。
　　
　　一、污泥减量化处理的新思路
　　面对当前污泥处理遇到的各种困难，应将污泥管理的重心前移到“源头控制”、“源头分流”，污泥处理应当遵循减量化为主，资源化和无害化作为最终处置，这样才能真正解决污泥的问题。相信这种思想也将成为今后城市污泥处置发展的主流。
　　
　　二、污水处理过程中实现污泥减量化的方法
　　（1）臭氧-活性污泥处理方法。臭氧是一种十分活泼的氧化剂，可与污泥中的化合物发生直接或间接反应，破坏细胞壁，释放出细胞质，同时也将不溶于水的大分子物质分解成溶于水的小分子片断。基于此思想，可将臭氧与常规活性污泥工艺结合来实现污泥的减量化。1994年日本的曾有学者提出此工艺，即在常规活性污泥工艺中，增加一套臭氧处理装置，把部分回流污泥引入臭氧处理器中，污泥经过臭氧处理后再返回到曝气池中，达到污泥和污水双重处理的功效。经大约10个月以上的试验，证实了此工艺可对多种污水进行无剩余污泥排放的处理，并且出水水质达标。在曝气池中也没有发现惰性有机固体的累积，只是污泥中Si、Al、Fe等无机物含量偏高。此外，污泥的SVI值也比传统的活性污泥法正常得多。
　　（2）代谢解藕联剂-活性污泥处理方法。解耦联剂分为天然解耦联剂和人工合成解耦联剂两种。天然解耦联剂主要是棕色脂肪和其他组织中的解耦联蛋白，主要存在于高等动物线粒体中。人工合成解耦联剂通常为脂溶性小分子物质，在有机质子载体存在下大部分底物被氧化为二氧化碳，而不是用于生物合成，所以在解耦联活性污泥工艺中污泥产率很低。在污水生物处理系统中曾对12种解耦联剂进行了污泥减量的试验，结果发现TCP在12种解耦联剂中最为有效，且当TCP的质量浓度为5mg/L时，污泥可以减少50%。在实验室规模的活性污泥系统中，当加入pNP后生物量的产生可减少49%，当pNP浓度达120mg/L时无剩余污泥产生。在此发现，当TCS质量浓度为0.8mg/L时，污泥的产生量可以减少40%，而对底物的去除效率没有明显的影响。
　　（3）生物膜法处理方法。生物膜法和活性污泥法一样，都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。生物膜法是使微生物附着在载体表面上，污水在流经载体表面过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及在膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行分解，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖的方法。生物膜法与传统的活性污泥法相比具有的优点是：①微生物相多样化，生物的食物链长，并且存活时代时间较长；②微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高；③污泥沉降性能良好，易于固液分离，剩余污泥产量少，降低污泥处理与处置费用；④耐冲击负荷，对水质、水量变动具有较强的适应性，并能处理低浓度的污水；⑤具有良好的脱氮作用；易于运行管理，减少污泥膨胀问题。
　　
　　三、污水处理过程中无剩余污泥处理方法
　　（1）膜生物反应器(MBR)处理方法。在活性污泥理论中，污泥泥龄(θc)是指单位生物量在处理系统中的平均停留时间。污泥的表观产率系数(Yobs)和污泥泥龄(θc)有如下的关系：
　　1/Yobs=1/Ymax+θcKd/Ymax；在本公式中，Ymax是污泥的最大产率系数，Kd是内源呼吸率。从公式中可以看出污泥表观产率系数和污泥泥龄及内源呼吸率关系非常密切，且呈一定的反比关系，所以提高污泥的停留时间和内源呼吸率有助于降低污泥的表观产率系数。
　　膜生物反应器是以膜组件作为取代二沉池的泥水分离单元设备，并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置，已成功应用于污水处理与回用等领域。例如，一体式膜生物反应器的污泥产率为0~0.3kg/kgBOD(传统活性污泥法的污泥产率为0.6kg/kgBOD)，占地面积是传统活性污泥法的一半。在此基础采用两段法处理人工配制废水，第二阶段分别采用浸没式膜生物反应器和活性污泥反应器，并对这两种工艺进行了比较发现：在相同的SRT和有机负荷下，两段MBR法的污泥产率比两段活性污泥法的低20%~30%；在实验运行一年后，污泥中的非挥发性固体仍然相对稳定，含量为20.5%~23.6%；在相关实验人员经过3年的连续运行表明，反应器中没有发现挥发性组分的降低，整个实验期间MLVSS/MLSS基本上维持在75%左右，由此可见在反应器中并没有发生非挥发性固体的积累。虽然膜生物反应器有许多活性污泥法不可比拟的优点，但是，由于膜在运行过程中容易受到污染，造成膜通量下降，甚至造成膜无法继续使用，直接影响膜组件的效率和使用寿命，阻碍了其在实际中的广泛应用。
　　（2）新型多孔微生物载体废水处理技术。污泥龄是影响剩余污泥产率的关键因素之一。污泥龄的增加会形成食物链更长的微生物生态系统。延长污泥龄的另一种简便方法是使用多孔微生物载体，在流动状态下将污泥微生物捕获。同时利用一定尺寸的多孔微生物载体可以实现好氧、厌氧微生物的共存，更有利于利用不同微生物之间的协同作用。根据类似原理，在北京召开的中日环境保护技术研讨会日本相关科技人员曾提出，在一种推流式固定床反应器中使用多孔微生物载体和间隔曝气装置，不仅可以在反应器中增加微生物的停留时间，而且在污水流动方向上形成好氧-厌氧反复藕合的过程。反应器的处理机理是：当废水和其中的悬浮固体混合液流经固定床时，悬浮污泥由于流速差产生的颗粒捕获原理被收集在多孔微生物载体内部，载体内部的环境由好氧变为厌氧，污泥在多孔载体的内部逐渐被浓缩、消化，最终消化液由于曝气流出载体，载体内变空后又有悬浮污泥进入。因此在载体和水平流动方向上，形成好氧-厌氧高度发达的微生物协同作用，其结果使废水中的有机物和悬浮固体有机物(包括剩余污泥)被完全分解，最终被转化成无害气体和水，这种方法不需要污泥回流，操作简单。
　　
　　四、结语
　　污泥处理的最终目标是要实现减量化、无害化、资源化，而当前由于污泥处理成本和处理难度不断增加，故污泥的减量化显得尤其重要。污水的处理过程应用清洁生产的原则从源头治理，应用各种污水处理技术如臭氧技术、投加解耦联剂、生物膜技术、应用多孔载体等都可以达到污泥的减量化，甚至还可以实现无剩余污泥排放的目标。利用多孔载体技术采用多种微生物反应的耦合工艺和多孔载体的自固定化技术，微生物生态系统发达，反应速度快，污水处理彻底，省去了二沉池和污水处理的设施，具有运行管理简单和运行成本低的特点，在我国的生活和工业污水处理的中试结果充分展示了该技术工业化的可行性。总之，今后我们需要加大研究开发一些成本低、操作简便的高效污水处理技术，以彻底解决剩余污泥处置问题。
　　
　　参考文献：
　　[1]许振田。水解酸化技术用于污泥减量与强化脱氮除磷[J]。辽宁化工，2011，(6)。
　　[2]眭光华，刘军。城市污水处理厂污泥减量试验研究[J]。广东化工，2010，(12)。