污泥减量化工艺的研究

(山西国营大众机械厂基建工程公司,山西 太原 030024)

摘  要：针对现在国内污泥日益增多的趋势，污泥减量也应该越来越重视。本文介绍了一些污泥减量化的方法，着重介绍了生物工艺中的好氧-沉淀-缺氧（OSA）工艺以及预曝气改良型OOSA工艺。通过比较表明OOSA技术的减量效果较好，对出水水质影响较小，而且对于污水处理厂的改造也小，节约经费。在未来的污水处理中具有一定的可行性和实用性。

关键词：污泥减量化；OSA；OOSA

引 言

随着城市人口的增加和城市化的加快，城市污水处理量逐年提高，污水处理厂迅速增加，污泥量也日益增多。活性污泥法是应用最广泛的污水生物处理技术，尽管其技术成熟、工艺种类多、污水处理效果良好等，但却会产生大量的剩余污泥。污泥处理不当会对环境造成了二次污染，因此，一个最有效的途径就是从源头减少污泥的产量^[1-2]。

常用的污泥处置方法有物理，化学和生物减量化技术。相比之下，生物工艺中的OSA工艺可通过生物在好氧和缺氧环境之间的转换实现生物的解偶联代谢，可从源头减少污泥的产量。

1 常见的污泥处理方法

物理方法主要有热处理、热碱联合处理、超声波破碎等溶胞技术。热处理技术，在温度升高的情况下，微生物的新陈代谢加快，分解有机物的能力提高，合成代谢没有相应提高，分解有机物增多，而获得的能量并没有完全用于合成自身，从而达到污泥减量的效果。研究表明，污泥经热水解处理（900oC，停留时间3h）后大部分细胞被杀死并溶解，促进了微生物的隐性增长，污泥产量减少了60%，污泥产率为0.17kgMLSS/kgCOD[3-4]。超声波处理污泥有无污染、能量密度高、分解速度快等优点，超声波破碎技术主要是利用声波的能量，破坏细胞壁，提高污泥的脱水性能和可生物降解性，从而实现污泥的减量化。研究表明，在声能密度0.25-0.50W/ml下，处理1-30min，剩余污泥产量可以减少20%-50%^[5-6]。但物理法费用较高。

化学工艺主要有氧化法、解偶联技术及高溶解氧法三种。氧化法是把臭氧、氯气等与活性污泥工艺联合起来，通过利用物质的氧化性对微生物细胞进行氧化，促进细胞溶解。研究表明O3氧化能达到污泥完全减量化，但会产生有毒副产物，对出水水质会造成一定的影响^[7-8]。解偶联技术主要是通过投加接偶联剂，使微生物的同化作用和异化作用相分离，氧化分解有机物获得的能量以热能的形式散发而不用以合成，从而实现污泥减量化，但解偶联剂会带来环境安全性的问题，影响水质。高溶解氧法则是通过提高曝气量，增强微生物自身氧化能力，但能耗较高^[9-10]。

生物工艺主要是通过改变微生物生存环境及其本身的作用实现污泥减化，主要有生物强化法、生物不食法以及最近新兴的好氧-沉淀-缺氧（OSA），生物强化法是投加具有特定功能的微生物到活性污泥系统中，优化自然活性污泥生物中的种群关系，提高微生物系统的代谢活性和处理能力，减少剩余污泥的生产，但其机理不明，微生物菌体的筛选也存在一定的困难。生物捕食法主要是利用原生动物和后生动物等微型动物对细菌的捕食作用实现污泥减量化，但这个方法耗氧量增加，曝气费用提高，对出水水质影响。OSA技术是通过好氧-厌氧的交替改变微生物所处的环境，影响其生长，从而减小污泥产量^[11]。

综上所述，污泥减量化的发展方向主要有两个：一是在污泥生产的过程中实现污泥的减量化，即从源头上减少污泥的生产量，这是主要通过各种生物手段实现的，二是在污泥产生后对污泥进行处理，减少污泥的外排量，如各种物理化学处理方法。随着人们认识的不断提高，许多学者逐渐意识到只有从源头上控制减少污泥的生产，才是解决剩余污泥的根本手段，相比较之下，我们选择了OSA工艺作为污泥减量化的方法。   

2  好氧-沉淀-厌氧（OSA）工艺和预曝气改良型OOSA工艺

2.1 好氧-沉淀-厌氧（OSA）工艺

 在过渡时期生长，改变污泥的厌氧和好氧环境，对微生物造成影响，从而导致污泥产量降低。好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺是在传统活性污泥工艺的污泥回流过程中增加一个厌氧反应器，不需要通过任何方式进行预处理，也不需要添加任何化学药剂^[12]，OSA工艺流程图如图1所示。OSA在不影响出水水质的前提下，实现40％-80％的污泥减量效果，同时改善了污泥沉降性。OSA的核心是厌氧反应器，OSA不同于活性污泥法中的好氧—厌氧阶段，污水进入反应系统，有机底物充足，底物被微生物利用，为厌氧放磷和反硝化作用提供能量。进入二沉池后，有机底物已经所剩无几了，进入厌氧反应器后污泥处于饥饿状态。微生物分解代谢停止，为了维持生存，微生物水解胞内ATP。产生的能量大多数用于维持自身生命活动，几乎没有多余能量用于繁殖，从外观上看就是微生物为了在厌氧条件下生存，细胞内ATP能量储备支持微生物生长而消耗殆尽。当污泥回流到曝气池，微生物重新开始分解代谢活动，过度地分解有机底物，并且优先重建胞内ATP能量储备，而不是去增殖细胞。因此能量解偶联代谢认为，OSA工艺污泥的减量化是由于微生物在好氧—厌氧交替的环境和高S0/X0条件下发生了能量解偶联代谢由此实现了污泥减量化。

我们比较了OSA和传统活性污泥工艺的污泥量，发现OSA工艺的污泥产率和SVI值比传统工艺污泥低，可见OSA工艺改善了污泥的沉降性能。研究发现OSA比传统的活性污泥法比COD去除率高，污泥沉降性能也提高了。我们采用好氧-沉淀-兼氧活性污泥工艺，使公司附近锦纶厂废水处理站的剩余污泥几乎达到零排放。采用好氧-沉淀-微氧活性污泥工艺，污泥量由80％减少为15-20％。

2.2 预曝气改良型OOSA工艺

研究表明，SBR-OSA工艺与传统活性污泥法相比具有较低的污泥产率，可达到60％的污泥减量化效果。我们以SBR-OSA为基础，在厌氧污泥回流段前加一个短时预曝气反应器，形成新型的SBR-OOSA工艺，通过短时预曝气预先活化厌氧污泥微生物，改善提高系统污水处理性能，也可提高OSA系统污泥减量化效能。

两套OSA工艺对SS和COD都有良好的去除效果；对氨氮几乎达到100％的去除率，OSA工艺中氨氮主要在好氧反应池中得到去除，OOSA工艺中主要通过预曝气反应器和好氧反应池去除氨氮，两OSA系统的氮素污染物最终主要通过厌氧反应器去除；除磷率低，但可通过化学除磷方式解决；与传统的SBR工艺相比，两OSA系统MLSS增长率明显下降，达到55.7％的污泥减量化效果，说明两套OSA系统可实现污泥减量化。

但OSA工艺同时也对工艺污水处理性能造成负面的影响，OOSA中的预曝气反应器可以有效地解决这些问题。

 (1) 微生物在不断地厌氧—好氧环境中会出现不适应，会导致有些有效地有机物死亡，削弱了微生物的处理污水能力。预曝气反应器通过对微生物短时曝气，使得微生物在厌氧与好氧交替的过程中存在一个缓冲适应的阶段，活化厌氧微生物，因此可以增强系统污水处理能力。

(2) OSA工艺中厌氧反应器的SRT较长，从厌氧反应器回流的污泥混合液中含有大量的有机物，加重了好氧系统的处理负担，导致系统性能的恶化。预曝气反应器通过曝气作用，可以增强微生物氧化分解有机物的能力，一些难生物降解的物质被转化为易生物降解的物质，同时也能去除厌氧回流混合液中的有机物，减轻了好氧反应池的有机物负担。

(3) OSA工艺中的预曝气反应器的污泥停留时间较短，所以体积小，成本低。

3 结论

污水处理厂的大量增加，导致了污泥的增多，污泥减量化也是不容忽视的问题。在多种污泥减量化的方法中，OOSA技术的减量效果较好，对出水水质影响较小，而且对于污水处理厂的改造也小，节约经费。在未来的污水处理中具有一定的可行性和实用性。

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       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>