污水處理廠的污泥減量化

1、污水處理廠的污泥減量化目前世界上80以上的污水處理廠應用的是活性污泥法處理污水，它最大的弊端就是處理污水的同時產(chǎn)生驚人的大量剩余污泥。污泥中的固體有的是截留下來的懸浮物質(zhì),有的是由生物處理系統(tǒng)排出的生物污泥,有的則是因投加藥劑而形成的化學泥，污水處理廠產(chǎn)生的污泥量約為處理水體積的0.15 % 1 %左右 。污泥的處理和處置,就是要通過適當?shù)募夹g措施,使污泥得到再利用或以某種不損害環(huán)境的形式重新返回到自然環(huán)境中。這些污泥一般富含有機物、病菌等,若不加處理隨意堆放,將對周圍環(huán)境產(chǎn)生新的污染。對這些污泥處理方法主要有：農(nóng)用、填海、焚燒、埋地。但這些方法都無一例外地存在弊端。如污泥中重金屬的含量通常超

2、過農(nóng)用污泥重金屬最高限量的規(guī)定。此外,污泥中還含有病原體、寄生蟲卵等, 如農(nóng)業(yè)利用不當,將對人類的健康造成嚴重的危害。填埋處置容易對地下水造成污染,同時大量占用土地。焚燒處置雖可使污泥體積大幅減小,且可滅菌,但焚燒設備的投資和運行費用都比較大。投放遠洋雖可在短期內(nèi)避免海岸線及近海受到污染,但其長期危害可能非常嚴重,因此,已被界上大多數(shù)國家所禁用。一般每去除1kg的 BOD5 就產(chǎn)生15100L活性污泥，這些污泥含水率達到95以上，剩余污泥處理的成本高昂,約占污水廠運行費用的 25%-65% 。歐洲國家每年用于處理剩余污泥的費用就高達28億人民幣。顯而易見，任何有利于減少剩余污泥的措施都將帶來巨

3、大的經(jīng)濟效益。2 污泥減量化的理論基礎2.1維持代謝和內(nèi)源代謝1965 年Pirt 把微生物用于維持其生活功能的這部分能量稱為維持代謝能量,一般認為,維持代謝包括細胞物質(zhì)的周轉(zhuǎn)、活性運輸、運動等,這部分基質(zhì)消耗不用來合成新的細胞物質(zhì),因此,污泥的產(chǎn)量和維持代謝的活性呈負相關  。Herbert 在1956 年提出,維持能量可通過內(nèi)源代謝來提供,部分細胞被氧化而產(chǎn)生維持能量。從環(huán)境工程角度看,內(nèi)源呼吸通常指生物量的自我消化,在連續(xù)培養(yǎng)生長時可同時發(fā)生內(nèi)源代謝。內(nèi)源代謝的主要優(yōu)勢在于進入的基質(zhì)最終被呼吸成為二氧化碳和水,使生物量下降  。因此,在廢水處理工藝中,內(nèi)源呼吸的控制比

4、微生物生長控制和基質(zhì)去除控制更為重要。2.2 解偶聯(lián)代謝代謝是生物化學轉(zhuǎn)化的總稱,分為分解代謝和合成代謝。微生物學家認為,細胞產(chǎn)量和分解代謝產(chǎn)生的能量直接相關,但在某些條件下,如存在質(zhì)子載體、重金屬、異常溫度和好氧厭氧交替循環(huán)時,呼吸超過了ATP 產(chǎn)量,即分解代謝和合成代謝解偶聯(lián)  ,此時微生物能過量消耗底物,底物的消耗速率很高。Cook 和Russell  報道,在完全停止生長時細菌利用能源的速率比對數(shù)生長期的高三分之一,這表明細胞能通過消耗膜電勢、ATP 水解和無效循環(huán)處置其胞內(nèi)能量。在解偶聯(lián)條件下,大部分底物被氧化為二氧化碳,產(chǎn)生的能量用于驅(qū)動無效循環(huán),但對底物的去除

5、率不會產(chǎn)生重大影響  。能量解偶聯(lián)的特殊性在于它是微生物對底物的分解和再生,而沒有細胞質(zhì)量的相應變化。從環(huán)境工程意義上講,能量解偶聯(lián)可用于解釋底物消耗速率高于生長和維持所需之現(xiàn)象。因此,在能量解偶聯(lián)條件下活性污泥的產(chǎn)率下降,污泥產(chǎn)量也隨之降低。通過控制微生物的代謝狀態(tài),最大程度地分離合成代謝和分解代謝,在剩余污泥減量化上將是一個很有發(fā)展前景的技術途徑。3 目前污泥減量化的方法3.1  解偶聯(lián)機理：三磷酸腺苷(ATP) 是鍵能轉(zhuǎn)移的主要途徑,是能量轉(zhuǎn)移反應的中心，微生物的合成代謝通過呼吸與底物的分解代謝進行偶聯(lián),當呼吸控制不存在,生物合成速率成為速率控制因素時,解偶聯(lián)新陳代謝

6、就會發(fā)生,并且在微生物新陳代謝過程中產(chǎn)生的剩余能量沒有被用來合成生物體。在能量解偶聯(lián)條件下活性污泥的產(chǎn)率下降,污泥產(chǎn)量也隨之降低。微生物學家認為,細胞產(chǎn)量和分解代謝產(chǎn)生的能量直接相關,但在某些條件下,如存在質(zhì)子載體、重金屬、異常溫度和好氧厭氧交替循環(huán)時,呼吸超過了ATP 產(chǎn)量,即分解代謝和合成代謝解偶聯(lián) ,此時微生物能過量消耗底物,底物的消耗速率很高。在完全停止生長時細菌利用能源的速率比對數(shù)生長期的高1/3,這表明細胞能通過消耗膜電勢、ATP 水解和無效循環(huán)處置其胞內(nèi)能量。能量解偶聯(lián)的特殊性在于它是微生物對底物的分解和再生,而沒有細胞質(zhì)量的相應變化。通過控制微生物的代謝狀態(tài),最大程度地分離合成

7、代謝和分解代謝,在剩余污泥減量化上將是一個很有發(fā)展前景的技術途徑。  投加解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑能起到解偶聯(lián)氧化磷酸化作用,限制細胞捕獲能量,從而抑制細胞的生長,故能減少污泥產(chǎn)量。解偶聯(lián)劑其作用機理是該物質(zhì)通過與H+ 的結合,降低細胞膜對H+ 的阻力,攜帶H+ 跨過細胞膜,使膜兩側的質(zhì)子梯度降低，降低后的質(zhì)子梯度不足以驅(qū)動ATP 合酶合成ATP ,從而減少了氧化磷酸化作用所合成的ATP 量。 如: TCS解偶聯(lián)劑(3 ,3,4,5四氯水楊酰苯胺) 能有效降低剩余污泥產(chǎn)量,只要在反應器中保持TCS 一定的濃度,就能降低剩余污泥的產(chǎn)率。TCS 能有效地降低活性污泥分批培養(yǎng)物中的污泥產(chǎn)率,隨進水

8、中TCS 濃度的提高,污泥產(chǎn)率迅速下降. 但污泥的COD 去除能力并未受影響,出水中的NH+42N 和TN 含量也和對照相當， 同時發(fā)現(xiàn)污泥的SOUR 值和DHA 提高,說明化學解耦聯(lián)劑對微生物有激活作用，微生物的種群結構也發(fā)生了改變，經(jīng)過40d 的運行后,添加TCS的反應器污泥中絲狀菌很少,雖然污泥較疏松,但污泥的沉降性能未見有影響。上述結果表明,采用化學解耦聯(lián)劑來降低活性污泥工藝中的剩余污泥產(chǎn)量,以降低污泥的處理與處置費用這種方法有發(fā)展前景,值得進一步地深入研究。但是，解偶聯(lián)劑的對現(xiàn)有污水處理應用中存在以下問題: (1) 所投的藥在較長時間后由于微生物的馴化而被降解,從而失去解偶聯(lián)作用;(

9、2) 當加入解偶聯(lián)劑后,需要更多的氧去氧化未能轉(zhuǎn)化成污泥的有機物,從而使得供氧量增加  ; (3) 對投加解偶聯(lián)劑的費用還需要作比較,由于在污水中的濃度需要維持在480 mg/ L ,用量大; (4)解偶聯(lián)劑在實際應用中的最大弊端是環(huán)境問題，解偶聯(lián)劑通常是難降解的有毒物，可能發(fā)生二次污染。   高S0/X0 (底物濃度/污泥濃度)條件下的解偶聯(lián)簡單的說就是，細胞分解能量大于合成能量，從而細胞的分解數(shù)量就大于合成數(shù)量，最終降低微生物產(chǎn)率系數(shù)。解偶聯(lián)機理有兩種解釋:一是積累的能量通過粒子(如質(zhì)子、鉀離子) 在細胞膜兩側的傳遞削弱了跨膜電勢,隨后發(fā)氧化磷酸化解偶聯(lián);二是

10、減少了生物體內(nèi)部分新陳代謝的途徑(如甲基乙二酸途徑)而回避了糖酵解這一步  。高S0/X0條件下解偶聯(lián)還不能用于實際的污水處理, 微生物產(chǎn)生的不完全代謝的產(chǎn)物還可能對整個處理過程產(chǎn)生影響，而且要求相對高的S0/X0值( >810)遠遠大于實際活性污泥法處理污水時的情況( F/M=0.050.1) 。3.2   高濃度溶解氧有很多研究表明,細胞表面的疏水性、微生物活性和胞外多聚物的產(chǎn)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的影響,進而影響碳在分解代謝和合成代謝中的分布。高溶解氧活性污泥工藝能有效地抑制絲狀菌的發(fā)展，純氧活性污泥工

11、藝即使在高污泥負荷率下,也可比傳統(tǒng)的空氣活性污泥工藝減少污泥量54 %。和傳統(tǒng)空氣曝氣工藝相比, 純氧工藝能使曝氣池中維持高濃度MLSS ,污泥沉降和濃縮性能好、污泥產(chǎn)量低、氧氣轉(zhuǎn)移效率高、運行穩(wěn)定。Abbassi等人  最近報道，當小試規(guī)模的傳統(tǒng)活性污泥反應器的溶解氧從 1.8mg/L 增加到6.0mg/L時，剩余污泥量從0.28mgMLSS/mgBOD5下降為0.20mgMLSS/mgBOD5 。由此可見，高溶解氧工藝在剩余污泥減量化和工藝運行效能的提高方面有很大潛力。3.3    好氧沉淀厭氧(OSA) 工藝在污泥的回流過程中插入一級厭氧生物反應器

12、，這種工藝已經(jīng)用來成功地抑制污泥的絲狀膨脹的發(fā)生，可減少一半的剩余污泥產(chǎn)量，好氧厭氧循環(huán)方法被用于活性污泥工藝中剩余污泥的減量化。其機理就是，好氧微生物從外源有機底物的氧化中獲得ATP ,當這些微生物突然進入沒有食物供應的厭氧環(huán)境時,就不能產(chǎn)生能量,不得不利用自身的ATP庫作為能源，在厭氧饑餓階段,沒有一定量的細胞內(nèi)ATP 就不能進行細胞合成，因而,微生物通過細胞的異化作用,消耗基質(zhì)來滿足自身對能量的需求，交替的好氧厭氧處理引起的能量解偶聯(lián)就為OSA 處理技術奠定了污泥減量化的理論基礎。Chudoba 等人  比較了OSA工藝和傳統(tǒng)活性污泥工藝的污泥產(chǎn)量,發(fā)OSA工藝的比污泥產(chǎn)率降低

13、了20 %65 % , S V I 值也比傳統(tǒng)活性污泥工藝低。例如：上海錦綸廠廢水處理站的剩余污泥達到零排放是運用了朱振超和劉振鴻等人  的好氧沉淀兼氧活性污泥工藝使。還有張全等人  采用好氧沉淀微氧活性污泥工藝使污泥量由80 %減少為15 %20 % ,系統(tǒng)基本上可做到無污泥排放。所以，OSA工藝在污泥減量化上是相當可行的。3.4   溶解細胞法在傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程中的污泥回流線上增加相關處理裝置，通過溶胞強化細菌的自身氧化，增強細菌的隱性生長。所謂隱性生長是指細菌利用衰亡細菌所形成的二次基質(zhì)生長,整個過程包含了溶胞和生長  。利用各種溶

14、胞技術,使細菌能夠迅速死亡并分解成為基質(zhì)再次被其他細菌所利用,是在污泥減量過程中廣為應用的手段。3.4.1臭氧原理是:曝氣池中部分活性污泥在臭氧反應器中被臭氧氧化,大部分活性污泥微生物在臭氧反應器中被殺滅或被氧化為有機質(zhì),而這些由污泥臭氧氧化而來的有機質(zhì)在隨后的生物處理中被降解，臭氧可破壞不容易被生物降解的細胞膜等,使細胞內(nèi)物質(zhì)能較快地溶于水中,同時氧化不容易水解的大分子物質(zhì),使其更容易為微生物所利用。Kamiya 和Hirotsuji   的研究表明,當曝氣池中的臭氧劑量為10 mg/ (gMLSS·d) 時可使剩余污泥產(chǎn)量減少50 % ,而高至20 mg/ (

15、gMLSS·d) 時則無剩余污泥產(chǎn)生。其中，間斷式臭氧氧化要優(yōu)于連續(xù)式,在間歇式反應器中,臭氧每天平均接觸時間在3 h 左右就可以達到減量40 % 60 %  。但是,臭氧濃度較高會使SVI (污泥體積指數(shù)) 值迅速下降到開始的40 %  ,影響污泥的沉降性能。在當前的活性污泥理論中,污泥停留時間(c)被定義為單位生物量在處理系統(tǒng)中的平均滯留時間。許多研究表明，c 在活性污泥工藝中是最重要的運行參數(shù)。對于穩(wěn)態(tài)運行系統(tǒng),c 和比生長速率呈負相關,污泥產(chǎn)率( Yobs) 和污泥停留時間的關系可用下式表示:1/Yobs = 1/Ymax +cKd /Ymax  

16、;(1)式中Ymax 真正生長速率         Kd 比內(nèi)源代謝速率式(1) 表明,在穩(wěn)態(tài)活性污泥工藝中污泥停留時間和內(nèi)源代謝速率呈負相關,可以通過調(diào)節(jié)c 來控制污泥產(chǎn)量?？梢娫谙鄬﹂L的c下的純氧曝氣工藝有利于減少剩余污泥量。臭氧聯(lián)合活性污泥工藝將是一種能夠減少剩余污泥產(chǎn)量且進一步改善污泥沉降性能的有效技術,今后的研究將著重于臭氧劑量和投加方式的最優(yōu)化方面。3.4.2氯氣和臭氧相同,利用其氧化性對細胞進行氧化,促進溶胞。雖然氯氣比臭氧便宜,但氯氣能夠和污泥中的有機物產(chǎn)生反應,生成三氯甲烷(THMs)等氯代有機物

17、,是不容忽視的問題  。3.4.3 酸、堿酸堿可以使細胞壁溶解釋放細胞內(nèi)物質(zhì)，相同pH 條件下, H SO4 的溶胞效果要優(yōu)于HCl ,NaOH 的效果要優(yōu)于KOH;在改變相同pH 條件下,堿的效果要好于酸,這可能是由于堿對細胞的磷脂雙分子層的溶解要優(yōu)于酸的緣故。  物理溶胞技術加 熱不同溫度下,細胞被破壞的部位不同。在45 65 時,細胞膜破裂, rRNA 被破壞; 50 70 時DNA 被破壞; 在65 90 時細胞壁被破壞; 70 95 時蛋白質(zhì)變性  。不同的溫度使細胞釋放的物質(zhì)也不同,在溫度從80 上升到100 時, TOC和多糖釋放的量增加,而蛋白質(zhì)的

18、量減少。超聲波超聲波處理(如240 W ,20 kHz ,800 s) 只是從物理角度對細胞進行破碎,和投加堿相比,在短時間內(nèi)有迅速釋放細胞內(nèi)物質(zhì)的優(yōu)勢,但在促進細胞破碎后固體碎的水解卻不如投加堿和加熱。其機理就是：以微氣泡的形成、擴張和破裂達到壓碎細胞壁、釋放細胞內(nèi)含物的目的  。壓力利用壓力使細菌的細胞壁在機械壓力的作用下破碎,從而使細胞內(nèi)含物溶于水中  。  生物溶胞投加能分泌胞外酶的細菌，酶制劑或抗菌素對細菌進行溶胞。酶一方面能夠溶解細菌的細胞,同時還可以使不容易生物降解的大分子有機物分解為小分子物質(zhì),有利于細菌利用二次基質(zhì)。但是在污水處理中投加酶制劑或是

19、抗菌素在經(jīng)費上不太現(xiàn)實。3.5 微型動物減少剩余污泥量微型動物削減剩余污泥量的機理就是生態(tài)學的理論,食物鏈越長,能量在傳遞過程中被消耗的比例就越大,最終在系統(tǒng)中存在的生物量就越少。細菌、原生動物、寡毛類、線蟲等各種生物,它們之間組成一條食物鏈。利用微型動物對污泥進行減量可從以下三個方面著手研究，一是利用微型動物在食物鏈中的捕食作用；二是直接利用微型動物對污泥的攝食和消化,在減少污泥的容量的同時增加污泥的可溶性；三是利用微型動物來增強細菌的活性或增加有活性的細菌的數(shù)量,從而增強細菌的自身氧化和代謝能力。在曝氣池這一水環(huán)境中由于不斷地曝氣、劇烈地攪拌,對于大型生物的生存極為不利，還有就是各種微生物

20、都隨著廢水一起流動，有可能還沒來得及增殖就從曝氣池流失，所以活性污泥法不可能有較長的食物鏈。曝氣池中的后生動物數(shù)量較少,不能大量消耗菌膠團，（菌膠團是構成活性污泥絮狀體的主要成分,有很強的吸附、氧化有機物的能力），這使得在活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中,物質(zhì)和能量的傳遞并不順暢,絕大部分物質(zhì)和能量停留在初級消費者細菌這個營養(yǎng)級上,而不能通過向更高營養(yǎng)級的傳遞使生物量減少,這是形成大量剩余活性污泥的根本原因?；谏显V原因，,兩段式生物反應器產(chǎn)生了。這種反應器由第一階段的分散培養(yǎng)反應器R1 和第二階段的捕食反應器R2 組成。R1 中無污泥回流且泥齡較短,利用污水中豐富的有機食料刺激游離細菌快速增殖。R2 反應

21、器則專為捕食者設計,此階段泥齡較長,有著適合于微型動物增殖的環(huán)境條件。兩段式生物反應器,第一階段分散培養(yǎng)反應器的水力停留時間( HRT) 是關鍵的運行參數(shù)。HRT 需要足夠長,以免細菌隨水流沖走,但又不能過長,否則會形成細菌聚集體以及出現(xiàn)大量微型動物。Lee 等  用生物膜作為第二階段的捕食反應器,處理人工合成污水,獲得的污泥產(chǎn)量為0.050.17gSS/gCOD, 比用傳統(tǒng)方法減少約30 % 50 %的污泥量。Lee 認為相對原生動物而言,輪蟲在削減剩余污泥量的過程中可能起著更大的作用,因為他發(fā)現(xiàn)當輪蟲的數(shù)量占優(yōu)勢時,剩余污泥的產(chǎn)量最小。Ghyoot 發(fā)現(xiàn),由于絲狀菌和鞭毛蟲的過量

22、生長,兩段式系統(tǒng)有時會發(fā)生污泥膨脹,導致出水水質(zhì)下降。應用兩段式生物反應器或者直接向曝氣池中投加微型動物以削減剩余污泥量在理論上是可行的,在試驗中也取得了較為理想的結果。但是,由于這些研究尚處于起步階段,要將這些觀念和方法應用于具體的工程實踐,仍有很多問題需要解決,例如,投加微型動物的量和投加方式,由于微型動物的活動引起的出水中N、P 濃度的升高,以及為了維持微型動物的生長所需的較高溶解氧等。人們發(fā)現(xiàn)伴隨著一種仙女蟲( Naiselinguis ) 大量發(fā)生,污泥的產(chǎn)量顯著減少,用于曝氣所需的能量也大大降低。Ratsak 發(fā)現(xiàn),蚓類種群的大小與剩余污泥產(chǎn)量間有明顯的關系。但由于這些蚓類在曝氣池

23、中的數(shù)量變動劇烈,且沒有規(guī)律,無法人為控制,所以還不能直接應用于生產(chǎn)實踐。Rensink等  向加有塑料載體的活性污泥系統(tǒng)中投入顫蚓( Tubif icidae ) ,發(fā)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)量從0.4gMLSS/gCOD降至0.15gMLSS/gCOD,污泥體積指數(shù)(SVI)從90降至45 ,污泥的脫水能力提高了約27%。另外，還有紅斑螵體蟲在活性污泥系統(tǒng)的曝氣池中較為常見。根據(jù)已有文獻報道  ,影響紅斑螵體蟲在曝氣池中出現(xiàn)的操作因素有兩方面:一是污泥齡(SRT) ,較短的SRT不能有效地保持紅斑螵蟲的存在;二是進水負荷,通常在負荷較低情況下容易出現(xiàn)原生動物和后生動物當每天排泥占反

24、應器體積的36%左右時,可將每天新增的紅斑螵體蟲排出;而當反應器的排泥量>36%時,可能造成由于過量排泥使得蟲體流失;當排泥量<36%時,則可以保證紅斑螵體蟲的生長。因此可以將36%作為增長率為0.45d-1時的排泥上限,即當紅斑螵體蟲的凈增長率為0.45d-1時,SRT > 3d方可使紅斑螵體蟲保持在反應器中,而這在活性污泥處理系統(tǒng)中是容易做到的。在進水負荷<0.6mg2COD/(mgVSS·d) 時,對紅斑螵體蟲的出現(xiàn)沒有大的影響,而當進水負荷>0.7 mgCOD/(mgVSS·d)后,可能會對紅斑螵體蟲的出現(xiàn)造成影響。無論是兩段式生物反應

25、器還是直接向活性污泥系統(tǒng)中投入后生動物,均可降低剩余污泥產(chǎn)量,但是礦化作用使得氮和磷釋放是一個尚待解決的問題。還有一種蚯蚓生態(tài)床處理剩余污泥。該過濾系統(tǒng)是一個具有多結構、多層次、各取所需、相互協(xié)同的生態(tài)網(wǎng)鏈,該生態(tài)網(wǎng)鏈中蚯蚓等微型動物和微生物對剩余污泥具有較強的廣譜利用和分級利用功能,從而實現(xiàn)了剩余污泥較徹底的分解和轉(zhuǎn)化利用由蚯蚓和微生物共同組成的人工生態(tài)系統(tǒng)對污水處理廠剩余污泥進行了為期半年的脫水和穩(wěn)定處理,結果表明蚯蚓生態(tài)系統(tǒng)集濃縮、調(diào)理、脫水、穩(wěn)定、處置和綜合利用等多種功能于一身: 蚯蚓和微生物將污泥作為生長營養(yǎng)源,對其進行分解和吸收; 蚓糞是高效農(nóng)肥和土壤改良劑; 在生態(tài)床中增殖的蚯蚓

26、具有重要的飼料和藥用價值。剩余污泥經(jīng)蚯蚓污泥穩(wěn)定床處理后,可全部被生態(tài)系統(tǒng)吸收利用和轉(zhuǎn)化,具有流程簡單、管理方便、無二次污染、造價和運行費用低廉、副產(chǎn)物具有經(jīng)濟利用價值等特點。生態(tài)濾床構造十分簡單,因此其工程造價將比常規(guī)的污泥處理和處置設施大幅度減少,其運行費用亦十分低廉。據(jù)估算,生態(tài)濾床處理剩余污泥的工程造價和運行費用可比常規(guī)方法大幅度節(jié)省,具有工程應用潛力。是否還有其他微型動物可以應用,如輪蟲、線蟲或者別的寡毛蚓類,投放的微型動物與所處理的污水類型有沒有關系,以及有沒有更簡單高效的微型動物哺育系統(tǒng),這些都是將來需要深入研究的問題。由于這些研究尚處于起步階段,要將這些觀念和方法應用于具體的工

27、程實踐,仍有很多問題需要解決。4 無剩余污泥排放4.1   臭氧處理法部分回流污泥引入臭氧處理器中，進行臭氧連續(xù)循環(huán)處理。用臭氧對污泥進行處理,細菌被殺死,細胞壁被破壞,細胞質(zhì)溶出,便于生物分解。臭氧的強氧化性，溶解、氧化污泥中的有機成分，再返回至曝氣池，達到廢水、污泥雙重處理的功效，臭氧與細胞進行反應時并非使細菌成分無機化,主要是使菌體外的多糖類及細胞壁成分轉(zhuǎn)化為特別容易生物降解的分子，該方法適合于可生化性較好，含磷量低于排放標準的廢水，但設施負荷不易過大。有研究表示，臭氧處理污泥的循環(huán)率保持在0. 3 左右是保證“零”污泥的條件，換句話說，由臭氧處理過的約1/ 3 的污

28、泥在曝氣槽內(nèi)被生物分解而無機化(氣體化) ,殘余的2/ 3又變換為活性污泥。另外在pH 值保持在3 時,臭氧反應得到促進。4.2    多級串聯(lián)接觸曝氣法把曝氣池分隔成若干格，相互間具有一定的獨立性，并在其中掛上填料，填料要選用易掛膜不易脫落的品種。其第一格可稱為細菌生長區(qū)，濃度負荷較高，環(huán)境相對不穩(wěn)定，第二格為原生動物生長區(qū)，濃度大致只有前面的+ 6 %，第三、第四格有機物濃度降至更低，環(huán)境更為穩(wěn)定，適合后生動物生長繁殖。第三格、第四格內(nèi)原生動物又被后生動物吞食，死后的后生動物被細菌分解。在污水處理工藝中成功地銜接該生物鏈，則必將使剩余污泥量大為減少。4.3&#

29、160;  污泥機械破碎法把機械濃縮之后的污泥用機械破碎（如一般的食品粉碎機），把破碎之后的污泥在匯流到暴氣池，污泥破碎后，部分成為可溶性物質(zhì)，因此破碎污泥的濃度下降而上清液濃度上升?？偟目磥?，減量效果顯著，只是處理水質(zhì)較參照系有所下降，因而高負荷的設計值應予避免。4.4    多級活性生化處理工藝其實它也是生物法的一種，只是在運行設備上的改進，得以使剩余污泥為“零”排放。系統(tǒng)是一組從空間上分隔成串聯(lián)的8 12 個單元的微生物菌群來凈化水中的污染物質(zhì), 這些微生物菌群形成食物鏈, 模擬自然生態(tài)環(huán)境, 使每一種生物成為食物鏈上上一級微生物的“糧食”, 前段

30、的微生物、自身氧化的微生物及剩余微生物的殘體被后段的微生物吃掉, 從而使整個系統(tǒng)不產(chǎn)生剩余污泥。每個單元設有單獨控制的曝氣裝置, 和單獨的填料框架和填料。填料為經(jīng)過特殊處理的合成纖維, 用以固定水中的微生物。菌種是經(jīng)過馴化的, 能夠構成食物鏈的一組微生物菌群, 以干污泥的形式作為接種污泥, 從而加快微生物的培養(yǎng)。實例運用：北京某油脂廠, 廢水間歇排放,平均水量100噸/天,進水 CODcr 平均濃度1292m g/L,出水 CODcr 平均濃度82mg/L , CODcr 平均去除率93% 。5   新的進展：濕式氧化兩相技術（WAO）   

31、將溶解和懸浮在水中的有機物和還原性無機物，在液態(tài)下加壓加溫，并且利用空氣中的氧氣將其氧化分解的以達到減少污泥產(chǎn)量的目的。濕式氧化采用間歇式高壓反應釜，厭氧采用兩相厭氧反應器UASB。運行結果顯示：對化工污泥和煉油污泥有良好的去除率，和良好的穩(wěn)定性，經(jīng)過處理之后的污泥中的水分被釋放出來，從而有利于污泥的沉降，減少了污泥的體積。齊魯石化公司在現(xiàn)實中已經(jīng)應用了這種工藝，取得良好的效益，濕式氧化兩相厭氧消化離心脫水對COD的去除率為86.6%94. 5 % ，污泥消化率為63.1%75.5%，可減少污泥體積 95%98.5 % 。6  小結   在將污水處理看成一個生產(chǎn)過

32、程之后,根據(jù)“清潔生產(chǎn)”的原則,對污泥從源頭進行控制。 污泥減量化的研究,適應了污水處理系統(tǒng)實現(xiàn)良性運行、防止污水處理出現(xiàn)二次污染、使污水治理更具環(huán)境效益的需要。污泥減量是污水處理中研究的熱點，人們提出了很多方法去除剩余污泥，有的是在試驗中取得良好的效果，有的已經(jīng)運用于生產(chǎn)實踐。本文介紹了一些常用方法：解耦聯(lián)法，高溶解氧法，OSA工藝法，臭氧法，微型生物法。人們根據(jù)上述的方法進一步改善提出的理想目標：無剩余污泥。目前剩余污泥減量化研究新技術就是：濕式氧化兩相技術（WAO）。以后將有更多剩余污泥減量化新工藝、新技術的開發(fā)和研究。只有做到減量化、資源化、無害化處置剩余污泥,才能從根本上達到環(huán)保，節(jié)

33、省費用的目的。污水處理廠工藝設計    處理工藝選擇的目的是根據(jù)污水量、污水水質(zhì)和環(huán)境容量，在考慮經(jīng)濟條件和管理水平的前提下，選用安全可靠、技術先進、節(jié)能、運行費用低、投資省、占地少、操作管理方便的成熟工藝。     根據(jù)本項工程的水質(zhì)、水量及處理要求，為實現(xiàn)以最低的建設費用和運行成本取得最佳的出水效果的目的，我們推薦采用國際上先進的對污水處理效果好的百樂克污水處理工藝。     百樂克工藝起源于德國，它是在常規(guī)活性污泥工藝和曝氣氧化塘基礎上發(fā)展起來的一種新型工藝，其采用低污泥負荷，高污泥泥齡設計，通過無

34、固定的漂浮移動式曝氣系統(tǒng)供氧，由于移動式曝氣系統(tǒng)的充氧特征，在生化池內(nèi)能產(chǎn)生多重的缺氧和好氧區(qū)域，因而本工藝具有良好的脫氮除磷功能，這種新工藝的主要特點如下：     1、浮動曝氣延時活性污泥工藝，污泥泥齡長，有機物氧化充分，能滿足最嚴格的污水處理排放要求，出水可靠，抗沖擊負荷能力強；采用多級A/O曝氣工藝，脫氮除磷效率極高。與傳統(tǒng)的氧化溝、A/A/O和SBR工藝相比，工程投資低，占地面積少，運行管理簡單。     2、浮動微孔曝氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的氣泡在水中的停留時間是傳統(tǒng)固定方式的3倍，因而氧轉(zhuǎn)移效率高，動力消耗低。同時漂浮式曝氣系統(tǒng)操

35、作簡單，無須固定安裝，保養(yǎng)維護方便(無須排空池體)，可有效降低人工成本。     3、在曝氣池前設置生物選擇池,可利用微生物選擇生長規(guī)律,抑制絲狀菌生長，同時提供聚磷菌釋放磷的厭氧環(huán)境，強化生化除磷效果。     4、采用溶解氧在線控制系統(tǒng)，經(jīng)濟地調(diào)節(jié)鼓風機輸出風量，能極大地節(jié)省曝氣動力費用。     5、池體土建靈活性強，組合布置，占地面積小，緊湊，因地制宜，可采用混凝土、毛石、土池、防滲板等多種護坡各種土建施工方式，土建投資極其節(jié)省。     污水處理工程是一項技術復雜、

36、投資大、政策性強的基礎設施項目。雖然無明顯的經(jīng)濟效益，而環(huán)境效益和長遠的社會效益卻是無法估量的?；谶@一特點，即使發(fā)達國家對于污水處理工程項目的開發(fā)和建設，都非常重視。但也必須考慮在如何降低基建投資和運營的成本問題，研究簡化污水處理工藝流程，少占地，節(jié)電耗，便于管理和提高處理效果等方面有新的突破。百樂克工藝正是做到了這一點，它與傳統(tǒng)的二級生化處理和現(xiàn)行氧化溝、SBR工藝比較，工藝流程簡單,適用性強,出水水質(zhì)優(yōu)良。從建設投資、占地面積、運行成本等方面分析都有明顯的優(yōu)勢。 2.2工藝方案設計 污水處理工藝流程     污水 粗格柵 泵站 細格柵 工藝除砂  

37、   計量渠 百樂克綜合池 接觸池 出水排放     污水從廠區(qū)南側引入廠內(nèi)，經(jīng)粗格柵至進水泵房，由泵提升后依次進入細格柵、工藝除砂、百樂克綜合池進行物理和生化處理，最終出水經(jīng)灘河排放或回用。 1.粗格柵 主要功能：截留污水中較大的漂浮物和懸浮物，防止水泵機組的堵塞， 減輕后續(xù)處理構筑物的處理負荷，并使之正常運行 結構類型：地下鋼混直壁平行渠道 設計參數(shù)：設計流量 Qmax=3300m3/h 流 速 V=0.8m/s 渠道寬度 B=1400mm 渠 數(shù) 2道 主要設備：回轉(zhuǎn)式格柵機和配套柵渣輸送系統(tǒng) 設備類型：高鏈式平面格柵，輸送系統(tǒng)選用無軸螺

38、旋輸送機 設計參數(shù)：柵 縫 e=20mm 格柵寬度 B=1200 mm 過柵流速 v=0.9m/s 過柵損失 h=200mm 電機功率 N=1.5KW 控制方式：根據(jù)柵前后液位差控制清污和輸送動作 設備套數(shù)：格柵機兩臺，互為備用，配柵渣輸送機一套。 2.提升泵房 主要功能：提升污水，滿足后續(xù)處理設施水力要求 結構類型：地下鋼混矩形潛水泵站 設計參數(shù)：設計流量 Qmax=3300m3/h 集水池容積 V=400m3 池 數(shù)：1座 主要設備：潛水泵 設備類型：抗堵塞配帶自動耦合系統(tǒng) 設備參數(shù)：流量 Q=700m3/h 揚程 H=11m 功率 N=55KW 控制方式：根據(jù)集水池液位控制運行 設備套數(shù)

39、：6套（1套備用） 泵房結構形式采用地下式，泵房的平面尺寸為8.3×11.8m，總高度5.8m。 3.細格柵 主要功能：進一步去除污水中的細小懸浮物細小纖維，降低生物處理負荷 結構類型：高架鋼混直壁平行渠道 設計參數(shù)：設計流量 Qmax=3300m3/h 過柵流速V=1.0m/S 渠道寬度B=1240mm 渠 數(shù)： 兩條 主要設備：格柵機和配套柵渣輸送系統(tǒng) 設備類型：回轉(zhuǎn)式細格柵，兼具輸送、脫水功能 設計參數(shù)：過柵流量 Qmax=3300m3/h 柵 縫 b=6mm 過柵損失 h=300mm 格柵寬度 B=1200mm 電機功率 N=2.2KW 控制方式：根據(jù)柵前后液位差控制清污和輸

40、送動作 設備套數(shù)：細格柵兩臺，一用一備 4.工藝除砂 傳統(tǒng)的除砂工藝占地較大，投資高，對生物除磷有負面影響。百樂克工藝采用國際流行的旋轉(zhuǎn)式細格柵，一次性除去污水中大于1mm的砂粒和其它雜質(zhì)，具有工藝簡單、操作方便、運行費用低等優(yōu)點。同時百樂克的懸浮式曝氣方式彌補了細小砂粒沉淀的影響。 主要設備：旋轉(zhuǎn)細格柵和螺旋壓榨機 設備類型：NOVA細格柵，兼具輸送、壓榨功能 設計參數(shù)：過柵流量 Qmax=3300m3/h 鼓柵直徑 d=900mm 鼓柵長度 L=2500mm 柵縫寬度 b=1mm 設備套數(shù)：旋轉(zhuǎn)細格柵三臺，兩用一備 5.計量井 為了提高污水處理廠的工作效率和運轉(zhuǎn)管理水平，積累技術資料，以總

41、結運轉(zhuǎn)經(jīng)驗，并正確掌握處理污水量及動力消耗，反映運行成本，在細格柵后設置了計量井，設計選用電磁流量計，將信息輸入計算機，可隨時了解、記錄生化反應池處理的水量。 6.百樂克綜合池 百樂克綜合池按6.6萬m3/d設計,按8萬m3/d校核。本設計采用2條并行工藝線。 （1）生物選擇池 主要功能：對水質(zhì)水量進行調(diào)節(jié)，同時進行攪拌，有厭氧處理的功效，能抑制絲狀菌生長，防止污泥膨脹。同時具有水解酸化的作用，既能生物除磷又能脫色，為中水回用創(chuàng)造條件。 結構類型：鋼筋混凝土 設計參數(shù)：水力停留時間 HRT=3.8hr 池 深：H=5.5m 總 容 積：V=3300m3 數(shù) 量：1座 主要設備： 2臺潛水攪拌器

42、 設備類型：高速混合式潛水攪拌裝置 設備參數(shù)：轉(zhuǎn)速：n=960rpm 功率：N=9KW 控制方式：由可編程控制系統(tǒng)控制運行或人工控制 設備套數(shù)：2套 （2）生化反應池 主要功能：在好氧環(huán)境下，利用微生物降解BOD及COD，并能通過波浪式氧化工藝對氮和磷進行有效去除 結構類型：半地上土壩矩形池體，漿砌石護坡，土工布防滲 設計參數(shù)：體積負荷 Nv=0.3kgBOD/(m3·d) 污泥濃度 MLSS4500mg/l 污泥齡：=30天 污泥回流比R=100% 水力停留時間 HRT=1.1d 池 深：H=5m 總容積：V=72600m3 池 數(shù)：分兩座合建 主要設備： 曝氣設備（浮動曝氣管）

43、設備參數(shù)：空氣流量 Q=12m3/支.h 氧轉(zhuǎn)移效率E=25% 有效長度L=2000mm 設備套數(shù)：兩套,30條曝氣鏈 （3）一體化澄清池 主要功能：垂直分離出水中的活性污泥，污泥在濃縮后回流至生物選擇池 結構類型：鋼筋混凝土 設計參數(shù)：表面負荷 q=0.75m/h 總 容 積 V=5800m3 主要設備：1套漂浮式污泥抽取系統(tǒng),1套污泥動力系統(tǒng) 設備類型：潛水污泥泵 設備臺數(shù)：2臺（1臺備用） 設備參數(shù)：流量 Q=300m3/h 揚 程：H=10m 功 率: N=18.5KW 池 數(shù)：2座 （4）穩(wěn)定池： 設計停留時間2.4hr，池體總容積3050m3，最小水深5米。 主要設備：浮動曝氣管1

44、條 空氣流量: Q=12m3/支.h，氧轉(zhuǎn)移效率E=25%，有效長度L=2000mm， 池 數(shù)：兩座 5.鼓風機房 鼓風機房是保證曝氣系統(tǒng)正常工作的關鍵設施，經(jīng)計算要滿足曝氣系統(tǒng)正常運行，設6臺可自動調(diào)節(jié)供氣量的專用鼓風機，4用2備。每臺離心式鼓風機設計流量Q=6800m3/h，設計最大風壓P=58.8kPa，功率N=160kW。鼓風機是污水處理廠能耗最高的設備，占全廠能耗的65%左右，降低其能耗對減少污水處理廠常年運轉(zhuǎn)費用十分關鍵，設計從鼓風機風量調(diào)節(jié)著手降低能耗。 百樂克綜合池的池內(nèi)設有溶解氧檢測儀，鼓風機可根據(jù)溶解氧的變化，可自動調(diào)節(jié)供氣量，這一措施可節(jié)省能耗10%以上。 每臺風機的進風

45、管上均設有消聲器及彈性接頭，每臺風機的出風管上設有止回閥、安全閥、閘閥彈性接頭、出口消聲器、壓力開關等。鼓風機和出空氣管上安有壓力計電動閥及流量計、溫度計等。進氣管設置空氣過濾器，對大于1um的灰塵除塵效率99%。 鼓風機房內(nèi)設有起重設施，以利設備檢修，并安裝有屋頂通風設施。 鼓風機房平面尺寸為21×7.2m，高5.5m。 6.二氧化氯發(fā)生器 城市污水經(jīng)二級處理后，水質(zhì)得到改善，細菌含量大幅度減少，但其絕對值仍很可觀，并有存在病原菌的可能。根據(jù)衛(wèi)生防疫，環(huán)保等監(jiān)督部門的要求，污水處理廠出水需要消毒，本工程采用二氧化氯消毒。 二氧化氯是一種廣譜型的消毒劑，它對水中的病原微生物，包括病毒

46、、芽子包、配水管網(wǎng)中的異養(yǎng)菌、硫酸鹽、還原菌及真菌等均有很高的殺滅作用。二氧化氯具有較強的氧化作用，所以有較好的脫色作用 消毒間設計運行按全年不間斷運行考慮。當二氧化氯用于水消毒時，其投加量為0.1至1.3mg/L；用于除臭時，其投加量為0.6至1.3mg/L，本工程按1.0mg/L考慮。設計加二氧化氯量按6.6萬m3/d進水考慮，加二氧化氯量66kg/d，設計采用亞氯酸鈉與鹽酸或硫酸合成二氧化氯發(fā)生器二臺。單臺能力3kg/h，配套全部附屬設備，并設有雙探頭報警器，為防止意外事故發(fā)生，還另外設兩套漏氯吸收裝置 7.接觸池 本工程采用加二氧化氯消毒，消毒的接觸時間為0.5hr。 為了保證加二氧化氯消毒的接觸時間，接觸池內(nèi)的水力停留時間按0.5hr設計。平面尺寸為30m×17m，1座，有效水深4.8m，超高0.5m。鋼筋混凝