关于污泥减量若干问题的探讨

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1、关于污泥减量若干问题的探讨：对于现在污泥处理处置过程中的环境问题和经济问题，从解偶联、生物膜法、生微物捕食等方面阐述了污泥减量化水处理技术的研究进展及相关工艺的原理和特点，并指出了其研究发展方向和应用前景。　　关键词：污泥减量；解偶联；生物工艺；负效应　　0引言　　活性污泥法是当前应用最广泛的污水处理工艺，但处理过程中产生的大量剩余污泥通常含有许多病源微生物和有毒有害物质及未稳定化的有机物，如果不进行妥善的处理与处置，将会对生态环境造成直接或潜在的危害。大量的污泥已成为污水处理厂的沉重负担和对环境的极

2、大威胁，而目前对剩余污泥的处理与处置，存在经济性和有效性两方面的问题：首先，各种污泥处理与处置方法需要的资金巨大，如在欧美各国，污泥处理基建费用占污水处理厂总基建费用的比例高达60%~70%。其次，随着污水处理设施的进一步普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，污泥产生量也将急速增加，也就相对地反映出我国污泥处理率较低。显而易见，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题。污泥减量技术也是在这一背景下于20世纪90年代应运而生的。　　污泥的减量化技术是指在保证污水处理效果的前提下，通过适当的

3、措施减少污水处理系统向外排放生物固体的质量，是从实质上减少污泥量。污泥减量方法的分类方式有，可分为污水处理之后的污泥减量(后置污泥处理)和污水处理过程中的污泥减量(也叫原位污泥减量或污泥的前置减量)，各种污泥减量技术可实现不同程度的污泥减量，但还存在若干问题，需进一步研究加以解决。　　1污泥减量化理论基础　　微生物生命活动的过程中，分解代谢和合成代谢之间偶联的关键纽带就是腺苷三磷酸(ATP)，它既是能量的传递体，也是磷酸基团的载体。1961年P.Mitchell提出化学渗透偶联说，表明有机底物作为电子

4、供体，经过一系列电子传递的过程，造成内膜的细胞质侧和基质侧质子浓度梯度，这种质子浓度的跨膜梯度积蓄了电子传递过程所释放的能量，成为腺苷二磷酸(ADP)和无机磷酸合成ATP的推动力。“解偶联代谢”即为细菌的分解代谢和合成代谢不再由ATP的合成与分解反应偶联在一起，从而降低了微生物的合成量。Sroutamer提出在以下5种情况时微生物解偶联生长可能发生：①存在影响ATP合成的物质，例如解偶联剂；②存在过剩的能量，引起能量消耗，例如在高S0/X0(底物浓度/污泥浓度)的条件下；③在过渡时期(非稳态)生长；④

5、在不适宜的温度下生长；⑤有限制性基质存在的情况。其中前4种是通过解除新陈代谢中的能量偶联达到的，第5种是通过解除新陈代谢中的物质偶联达到的。　　根据细胞的代谢和增殖机制，底物的消耗主要用于生物体增长及生物能量的产生。维持代谢为维持细菌基本生命活动提供能量，其消耗的底物不用于产生新的生物量，因此，维持代谢的活性越高，污泥产量越少。另一方面，微生物可以通过内源呼吸获得所需的维持能，进而导致微生物表观产率的降低。在内源呼吸条件下，外源底物被完全氧化为CO2和H2O，故内源呼吸通常被称为生物量的自身消化。　　

6、2基于解偶联代谢的污泥减量技术　　通常，微生物的分解代谢和合成代谢是由腺苷三磷酸（ATP）和腺苷二磷酸（ADP）之间的转化而联系在一起的，即底物分解所产生的能量将部分用于微生物体合成。但在某些特殊情况下，底物氧化所产生的能量并没有用于ATP的合成，而是通过其他途径释放，这使得微生物的分解代谢与合成代谢不再偶联在一起。此时，微生物仍能正常分解底物，但其自身合成速度将减慢，表观微生物的产率系数降低，污泥产量减少。基于目前对解偶联代谢的研究，通过以下方式可以实现解偶联污泥减量。　　2.1投加解偶联剂　　解偶

7、联剂不抑制呼吸链传递氢或电子的过程，但能使氧化产生的能量不用于ADP的磷酸化。正常情况下细菌氧化外源有机底物时，细胞膜两侧会产生H浓度梯度，驱动发生氧化磷酸化作用合成ATP。解偶联剂通常为氢离子载体，加入解偶联剂可增大线粒体内膜对H的通透性，从而使H跨膜梯度消除，造成氧化过程释放的能量不能用于ATP的合成反应，并以热的形式散发，起到解偶联氧化磷酸化作用，从而减少污泥产量。Xue等在污水生物处理系统中对间氯酚、对氯酚、间硝基酚和邻硝基酚四种解偶联剂进行了污泥减量试验，发现间氯酚的效果最好，当其浓度为20

8、mg/L时污泥减量约80%。　　2.2高S0/X0条件下的解偶联　　根据S0/X0（初始底物浓度与初始微生物浓度比），微生物间歇培养可分为底物限制和底物充裕。在高S0/X0条件下，微生物在分解代谢中产生ATP的速率要大于在合成代谢中消耗的速率。ATP产生累积后导致能量的溢出(energyspilling，即能量以热能的形式散失到环境中)，从而降低了微生物的产率系数。目前关于高S0/X0条件发生代谢解偶联的解释有两种：①在高S0/X0条件下，一些离子(如H