導(dǎo)讀：隨著污水污泥處理量的不斷增長，污水處理過程污泥減量技術(shù)得到了廣泛的研究。
　　
　　隨著污水污泥處理量的不斷增長以及更加嚴(yán)格的污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，傳統(tǒng)的污泥處理處置方法不能完*污泥的出路問題，人們開始由污泥的末端治理轉(zhuǎn)向“源頭控制”，因此污水處理過程污泥減量技術(shù)得到了廣泛的研究，并且某些技術(shù)已成功應(yīng)用在大型污水處理廠內(nèi)。針對近幾年研究和應(yīng)用較多的污泥減量技術(shù)，通過對減量機(jī)理和效果的分析可知，單獨的減量單元都存在一定的弊端，需要與其他工藝單元優(yōu)化組合；一些技術(shù)的減量效果不僅僅由一種機(jī)制引起，而是由多種機(jī)理綜合作用；污泥減量過程中存在氮、磷去除率低的矛盾，營養(yǎng)元素的歸趨尚不明確，這些將成為今后污泥過程減量技術(shù)研究的熱點和難點。
　　
　　前言
　　
　　我國約80%的城市污水處理廠采用活性污泥法，其污泥產(chǎn)量已達(dá)1500萬t/a(含水率為97%)以上，并以每年大約10%的速度增長。由于我國污泥有機(jī)質(zhì)含量偏低，污泥厭氧消化技術(shù)的推廣受到了限制;我國缺乏污泥焚燒尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)以及民眾對焚燒的理解不全面，使得污泥熱處理技術(shù)未受青睞;而污泥脫水后泥餅的去向以及堆肥處理后產(chǎn)品的銷路也是各技術(shù)難以推廣的瓶頸。因此，只有從源頭控制zui大程度地減少污泥產(chǎn)生量，才是可持續(xù)且環(huán)境友好型發(fā)展方向。源頭污泥減量技術(shù)的研發(fā)及減量機(jī)理的研究已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點。
　　
　　目前污泥減量技術(shù)主要基于以下四種理論：溶胞-隱性生長、能量解偶聯(lián)代謝、維持代謝和動物捕食。隨著研究的不斷深入，污泥減量技術(shù)逐漸由實驗室研究發(fā)展到中試規(guī)模、部分技術(shù)甚至在實際工程中得到應(yīng)用，且取得了明顯的污泥減量效果。同時，人們發(fā)現(xiàn)某些工藝的污泥減量不僅僅是由一種機(jī)理來實現(xiàn)，而是幾種機(jī)理共同作用的結(jié)果。本文在對幾種機(jī)理進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上，主要歸納總結(jié)了基于各種機(jī)制的各種減量技術(shù)的減量效果，對工藝特點進(jìn)行分析，力求為后續(xù)的研究指明方向，并為現(xiàn)有污水處理廠的改進(jìn)提供參考及污泥減量解決方案。
　　
　　1、溶胞-隱性生長(Lysis-crypticgrowth)減量技術(shù)
　　
　　溶胞-隱性生長是通過物理、化學(xué)及生物方法將細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破壞，釋放出胞內(nèi)物質(zhì)作為微生物代謝的底物，進(jìn)而實現(xiàn)污泥總體表觀產(chǎn)率降低，污泥產(chǎn)量減少。該技術(shù)關(guān)鍵的步驟是微生物溶胞處理技術(shù)。目前常用的溶胞污泥減量技術(shù)的效果及特點歸納起來見表1。
　　　　
　　物理化學(xué)技術(shù)由于其投資大成本高，在污水處理工藝中未能得到推廣。近年來，越來越多的研究集中在了微生物菌劑的研制上，如復(fù)合微生物菌劑DM-Ⅰ和DM-Ⅱ、共生復(fù)合微生物菌劑CMA、多功能復(fù)合微生物制劑MCMP等。其中我國某企業(yè)研發(fā)的曼斯微微生物復(fù)合菌劑(Mix Microbe)已成功應(yīng)用于日處理10萬噸污水的A2/O生產(chǎn)性處理工藝，在投加量為0.3~0.8kg菌粉/千噸污水條件下，運行1年多，其剩余污泥排放量可比傳統(tǒng)活性污泥法減少95%以上，污泥總排放量可減少40%-70%。該微生物菌劑主要通過強(qiáng)化活性污泥處理系統(tǒng)中微生物消解有機(jī)物，并對死亡微生物菌體進(jìn)行分解來實現(xiàn)剩余污泥大幅減排。然而，長期運行發(fā)現(xiàn)該菌劑的污泥減量效果受到工藝運行狀況的影響，尤其是初沉池的排泥狀況直接影響污泥減排量;而且系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力不強(qiáng)，需要一定的恢復(fù)時間。
　　
　　因此，雖然溶胞技術(shù)具有技術(shù)實現(xiàn)簡單，有利于高有機(jī)物含量污泥的再次利用等優(yōu)點，但也存在投資和運行費用大、對人類健康及生態(tài)具有安全隱患、易產(chǎn)生二次污染、管理復(fù)雜且工藝不穩(wěn)定等不足。
　　
　　2、解偶聯(lián)代謝(Uncouplingmetabolism)的污泥減量技術(shù)
　　
　　微生物的分解代謝和合成代謝是緊密偶聯(lián)的，微生物分解代謝過程中產(chǎn)生的能量通過氧化磷酸化過程而儲存在三磷酸腺苷(ATP)中，進(jìn)而為合成代謝提供能量。但在某些條件下(如化學(xué)解偶聯(lián)劑、營養(yǎng)過剩等)，由于分解代謝產(chǎn)生的能量不能有效地通過氧化磷酸化過程儲存在ATP中，進(jìn)而抑制合成代謝，致使污泥產(chǎn)量減少。目前主要有投加化學(xué)解偶聯(lián)劑、高S0/X0下的解偶聯(lián)技術(shù)。
　　
　　2.1投加化學(xué)解偶聯(lián)劑
　　
　　底物的氧化可以產(chǎn)生通過細(xì)胞線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子動力勢，該質(zhì)子動力勢可以為氧化磷酸化提供驅(qū)動力。因此，通過投加某些解偶聯(lián)劑，可以與質(zhì)子結(jié)合降低細(xì)胞膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度梯度，從而消除這種驅(qū)動力，抑制氧化磷酸化，zui終減少微生物的合成，降低污泥產(chǎn)量。目前用于污泥減量的化學(xué)解偶聯(lián)劑主要是*類化合物及其衍生物。表2給出了一些化學(xué)解偶聯(lián)劑的污泥減量效果。
　　　　
　　葉芬霞等對鄰氯*(oCP)、間氯酚(mCP)、DCP、TCP、pNP、間硝基酚(mNP)、dNP和TCS8種化合物的污泥減量化效果進(jìn)行了比較研究，表明DNP和pNP的效果，減量率達(dá)到了89.16%和83.77%，oCP、TCP、mNP和TCS也達(dá)到60%以上。各種代謝解偶聯(lián)劑效果的差異與其酸性大小有關(guān)，pKa值越低，污泥的減量化效果越好。
　　
　　投加解偶聯(lián)劑對污水處理工藝來說只需要增設(shè)投藥裝置，無需對工藝做大的改動，然而會降低COD的去除率、增大需氧量、并使污泥的沉降性能及脫水性能變差，而且目前所投加的解偶聯(lián)劑常會使污水處理系統(tǒng)中的微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，長期使用會對受納水體具有潛在危害。因此，解偶聯(lián)劑用于污水處理過程污泥減量急需要對長期應(yīng)用的生物毒性和對人體健康及生態(tài)的影響進(jìn)行更深入的研究。
　　
　　2.2較高的初始底物濃度與初始污泥濃度之比(S0/X0)
　　
　　Chudoba和Liu等人發(fā)現(xiàn)，在較高的S0/X0比值下，污泥的生長成下降趨勢。雖然Liu等人的模擬實驗(要求S0/X0>5mgCODMLSS)已經(jīng)驗證了該理論，但在實際生活污水處理廠內(nèi)(S0/X0=0.01-0.03mgCODMLSS)要達(dá)到高S0/X0是有很大局限的。關(guān)于S0/X0污泥減量的理論僅由Chudoba、Liu及Wang等人通過微生物批式培養(yǎng)試驗研究得到，而近幾年來相應(yīng)的研究并不多見。而且，該方法增大了污水處理廠的投資及運行成本，在應(yīng)用上受到了一定的限制。
　　
　　3、維持代謝(Maintenancemetabolism)減量技術(shù)
　　
　　微生物氧化過程中獲得的ATP首先用于維持微生物的生命活性，然后才是用于合成細(xì)胞組分。因此，維持代謝的污泥減量技術(shù)即是增加用于維持代謝的能量需求，降低用于細(xì)胞增殖的能量，從而達(dá)到污泥減量的目的。目前主要的方法是通過延長污泥齡來實現(xiàn)污泥減量，其中MBR是zui典型的延長污泥齡的工藝，MBR系統(tǒng)可強(qiáng)化系統(tǒng)內(nèi)微生物的維持代謝，減少剩余污泥產(chǎn)量，甚至可實現(xiàn)無剩余污泥排放。然而，長期不排泥會使系統(tǒng)內(nèi)的硝化菌數(shù)量減少，影響系統(tǒng)硝化性能;膜易受污染造成膜通量下降，直接影響膜組件的效率和使用壽命，阻礙其在實際中的大規(guī)模應(yīng)用。
　　　　
　　近年來，一些新的工藝不斷涌現(xiàn)(見表3)。左寧等人針對LSP&PNR污泥減量新工藝進(jìn)行了研究：穩(wěn)定運行的LSP&PNR系統(tǒng)的污泥齡越長，污泥濃度越高，污泥負(fù)荷越低，污泥產(chǎn)率也越低。當(dāng)SRT=5d時，相應(yīng)的污泥產(chǎn)率Yszui高，為0.381kgMLSS/(kgCOD);當(dāng)SRT=50d時，污泥產(chǎn)率僅有0.143kgMLSS/(kgCOD)。DiIaconi等對序批式生物濾池顆粒污泥反應(yīng)器(SBBGR)的污泥減量效果進(jìn)行研究，該系統(tǒng)內(nèi)污泥產(chǎn)率僅為0.12-0.14kgTSSCODremoved(生物量為20-45gVSS/L，污泥齡>120天)，即使有機(jī)負(fù)荷由1.0kgCOD/m3d提高到2.5kgCOD/m3d過程中，對污泥產(chǎn)率也并未造成大的影響。
　　
　　歸納起來這些新工藝主要控制長污泥齡、低負(fù)荷，由于微生物內(nèi)源呼吸作用被強(qiáng)化，維持代謝需要的能量增加，細(xì)胞物質(zhì)的分解代謝加強(qiáng)而合成代謝減弱，從而實現(xiàn)了長泥齡污水處理系統(tǒng)的污泥減量。
　　
　　4、生物捕食(Predationonbacteria)減量技術(shù)
　　
　　生物捕食實現(xiàn)污泥減量主要是通過食物鏈，即生物處理系統(tǒng)中的原、后生動物對形成大量剩余污泥的低等微生物如細(xì)菌等進(jìn)行捕食，從而降低生物固體產(chǎn)量。其中，起主要作用的是寡毛綱環(huán)節(jié)動物，如紅斑顠體蟲、顫蚓、蠕蟲等體型較大的后生動物。目前基于生物捕食的減量工藝主要包括自然培養(yǎng)的分段式生物捕食減量技術(shù)和接種微型動物減量技術(shù)。
　　
　　4.1分段式生物捕食減量技術(shù)
　　
　　兩段法是研究較早的污泥減量處理工藝，*段多為污泥停留時間(SRT)較短的*混合式預(yù)處理池，目的是強(qiáng)化分散細(xì)菌的生長而抑制微型動物的形成;第二段則為較長SRT的傳統(tǒng)曝氣池，強(qiáng)化微型動物的生長，從而捕食*段生長的分散細(xì)菌，將大部分剩余污泥轉(zhuǎn)化為能量、水和二氧化碳。兩段法比傳統(tǒng)活性污泥法工藝可減少36%的污泥產(chǎn)量，并且可污泥的沉淀性能和脫水性能;但在第二段反應(yīng)器運行過程中常發(fā)生由絲狀細(xì)菌、鞭毛蟲等引起的污泥膨脹和泡沫，工藝過程中還存在一定的氮磷釋放等問題，影響出水水質(zhì)。為了改善運行過程中污泥膨脹的問題，提出淹沒式生物膜法，即在第二段反應(yīng)器中放置填料，通過生物膜中的微型動物捕食細(xì)菌等低營養(yǎng)級微生物或有機(jī)顆粒達(dá)到污泥減量目的。該工藝污泥減量效果明顯(污泥產(chǎn)率僅為0.1996kg干泥COD)，然而氮、磷的去除(分別達(dá)到50%~60%)有待進(jìn)一步提高。
　　
　　近年來日本出現(xiàn)了一種新型的多段式活性生物處理技術(shù)MSABP(Multi-Stage Activated Biological Process)，該技術(shù)的主體工藝為多段式生物填料曝氣槽，即曝氣槽分成多個小槽、槽內(nèi)填充特殊的生物載體，通過多段效應(yīng)、有序地改變各槽的生物相、形成食物鏈，生物的優(yōu)先種類從前槽向后槽依次變化為原核生物類-真核生物類-原后生生物類。廢水在流經(jīng)這種環(huán)境各異的曝氣槽的過程中，不斷生物載體上的各種微生物分解、凈化，通過食物鏈，剩余污泥被地自我消化，污泥減量可達(dá)80%以上。同樣地，該工藝也存在TP去除率低的問題。
　　
　　4.2接種微型動物減量技術(shù)
　　
　　該技術(shù)是在原有污水處理系統(tǒng)中接種微型原、后生動物實現(xiàn)污泥減量，目前接種較多的是水蚯蚓類。根據(jù)水蚯蚓生長狀態(tài)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，游離型生長方式不利于水蚯蚓的增殖，而且污泥減量效果也明顯低于附著型生長方式。因此，研究的重點主要集中在附著型水蚯蚓污泥減量方面。
　　
　　蚯蚓生態(tài)濾池工藝是通過蚯蚓和其他微生物的協(xié)同作用對水中污染物(或污泥)進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。此工藝中填料的性質(zhì)、水力負(fù)荷和溫度等工藝條件和環(huán)境條件都影響蚯蚓生理生態(tài)狀態(tài)，進(jìn)而影響濾池的污泥減量率;而且該工藝對氮、磷基本沒有去處效果。荷蘭Hendrickx等人也對附著型水蚯蚓污泥減量工藝進(jìn)行了多年研究，已由實驗室規(guī)模發(fā)展到污水處理廠內(nèi)的大規(guī)模試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水蚯蚓能實現(xiàn)污泥減量達(dá)41%-71%，污泥中39%的氮和12%的磷被水蚯蚓消化后以糞便的形式排出，這些水蚯蚓糞便的固體濃度約為剩余污泥的2.5倍，有效的改善了污泥的脫水性能，為后續(xù)污泥濃縮設(shè)備減少了約67%的容積負(fù)荷。國內(nèi)在水蚯蚓污泥減量研究方面也取得了顯著性成果，樓菊青等人也將水蚯蚓污泥減量研究擴(kuò)大到示范工程，即在日處理20000m3的浙江諸暨某污水處理廠內(nèi)接種霍甫水絲蚓形成水蚯蚓與微生物的共生系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行1.5年，結(jié)果污泥減量達(dá)75%，同時改善了污泥沉降性能;而且COD和SS的去除率分別提高了8.7%和13.6%。然而，試驗也發(fā)現(xiàn)水蚯蚓會使系統(tǒng)的氨氮和總磷有所增加，通過與SBR池相結(jié)合，出水氮磷等營養(yǎng)元素才能達(dá)到*排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　總體來看，生物捕食污泥減量工藝減量*，無副產(chǎn)物，投資及能耗低，是實現(xiàn)污泥過程減量的綠色技術(shù)。然而該體系中微生物的種類和數(shù)量難控制，受水力負(fù)荷、溫度、pH、DO等工藝和環(huán)境條件的影響較大，一些生長慢的細(xì)菌如硝化菌也有被捕食的風(fēng)險，進(jìn)而引起硝化系統(tǒng)崩潰，對氮、磷的去除效果較差。要實現(xiàn)zui終的優(yōu)化運行，需要結(jié)合其他方法同時進(jìn)行脫氮除磷，因此該工藝的持久運行問題需要進(jìn)一步的研究。
　　
　　5、基于多種機(jī)理的污泥過程減量技術(shù)
　　
　　隨著對污泥過程減量技術(shù)及機(jī)理的不斷深入研究和探討，人們發(fā)現(xiàn)某些污泥減量工藝是基于上述四種機(jī)理中的多種減量機(jī)理，而非單單一種。目前主要有以下兩種工藝。
　　
　　5.1好氧-沉淀-厭氧(OSA)工藝
　　
　　OSA工藝主要是使傳統(tǒng)活性污泥不斷處于交替好氧和厭氧環(huán)境，從而實現(xiàn)污泥減量。與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，該工藝污泥產(chǎn)率可降低20%-65%，并能提高COD和總磷的去除率，改善污泥沉降性能。德國Siemens公司開發(fā)的商業(yè)化污泥減量技術(shù)Cannibal工藝與OSA具有類似之處，已被成功應(yīng)用于意大利Levico地區(qū)的LevicoTerme廢水處理廠內(nèi)，其固體物含量下降了50%。zui初的研究認(rèn)為OSA是基于代謝解偶聯(lián)的污泥減量工藝，但近幾年的研究發(fā)現(xiàn)污泥衰減是其污泥減量的決定性原因，占減量效果的66.7%左右;而能量解偶聯(lián)只占污泥減量的7.5%左右;此外低污泥產(chǎn)率厭氧反應(yīng)(如缺氧反硝化、厭氧釋磷、硫酸鹽還原等)也使OSA工藝的污泥產(chǎn)率下降，其減量效果占23%左右。因此，OSA工藝的機(jī)理尚不*清楚，仍需進(jìn)一步的深入探討。
　　
　　5.2SPRASTM污水處理過程污泥減量工藝
　　
　　SPRAS(Sludge Process Reduction Activated Sludge)技術(shù)是在傳統(tǒng)活性污泥工藝前端增加高污泥濃度的好氧/厭氧交替運行工藝段來實現(xiàn)污泥減量。該工藝已在山東多個日處理2萬噸的污水處理廠內(nèi)成功應(yīng)用，污泥減量效果達(dá)90%以上。當(dāng)高濃度好氧/厭氧污泥減量單元與脫氮除磷活性污泥工藝相結(jié)合時，出水水質(zhì)可*達(dá)到*A類排放標(biāo)準(zhǔn)。雖然該工藝的污泥減量段與OSA一樣都采用好氧/厭氧交替運行，可以推測其機(jī)理也可能包括污泥衰減、能量解耦聯(lián)、低污泥產(chǎn)率厭氧反應(yīng)等，但是由于該工藝采用高污泥濃度的運行條件，而且好氧/厭氧交替過程中污泥并不外排從而構(gòu)成較長的污泥齡，這就與OSA形成較大的差異，因此其污泥減量機(jī)理也可能存在長泥齡的維持代謝，具體情況有待分析研究。
　　
　　綜合OSA和SPRAS這兩種工藝，都已經(jīng)實現(xiàn)了生產(chǎn)性規(guī)模應(yīng)用，根據(jù)我國目前污水處理工藝80%都采用傳統(tǒng)活性污泥法，這兩種工藝具有很廣闊的市場應(yīng)用前景。然而，由于目前污泥減量機(jī)理尚不明確，還處于初始階段，尤其對于SPRAS工藝來說，文獻(xiàn)報道幾乎沒有，從而影響其推廣應(yīng)用，因此迫切需要對各種可能的機(jī)理進(jìn)行探索。
　　
　　6、結(jié)論
　　
　　(1)基于四種機(jī)理的污泥減量技術(shù)都或多或少存在一定的技術(shù)弊端，若要推廣應(yīng)用，都需要解決一些關(guān)鍵問題，其中氮磷是重點，因此脫氮除磷工藝與污泥減量工藝的優(yōu)化組合有可能解決實際污水處理廠的污泥減量問題。
　　
　　(2)雖然部分技術(shù)已在實際污水處理廠得到成功應(yīng)用，并且取得了明顯的減量效果，但污泥減量原因和機(jī)理還不*清楚，需進(jìn)一步深入探討，同時還需要對這些技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步評價，從而為技術(shù)推廣提供支持。
　　
　　(3)雖然國內(nèi)外研究已經(jīng)證實在污水處理過程中能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量，然而污泥減量工藝中碳、氮、磷等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化途徑尚無太多的研究，這也成為今后污泥過程減量技術(shù)研究的熱點。