引起活性污泥上浮的主要因素

1、引起活性污泥上浮的主要因素1.1 進水水質(zhì)1.1.1 過量的表面活性物質(zhì)和油脂類化合物這類物質(zhì)可以影響細胞質(zhì)膜的穩(wěn)定性和通透性，使細胞的某些必要成分流失而導致微生物生長停滯和死亡。當曝氣池進水中含有大量這類物質(zhì)時，會產(chǎn)生大量泡沫（氣泡），這些氣泡很容易附聚在菌膠團上，使活性污泥的比重降低而上浮。另外，當進水含油脂量過高時，經(jīng)過曝氣與混合，油脂會附聚在菌膠團表面，使細菌缺氧死亡，導致比重降低而上浮 1-3 。1.1.2 pH 值沖擊過高或過低的pH 值會影響活性污泥微生物胞外酶及存在于細胞質(zhì)和細胞壁里酶的催化作用以及微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。當連續(xù)流曝氣反應池pH 4.0 或 pH 11.0 時，

2、多數(shù)情況下活性污泥中微生物活性受到抑制，或失去活性，甚至死亡，以致發(fā)生污泥上浮4 。用 SBR 法處理啤酒廢水和化工廢水的實驗結果表明：當進水 pH 值為 2.55.0 和 10.012.0時， pH 值越低（或越高），污泥活性受抑制越嚴重，上浮污泥量越多。控制低 pH 值（ 3.5-7.0 ）的反應周期 pH 值不變，兩種廢水的活性污泥在pH5.5 時就開始出現(xiàn)污泥上浮5-6 。另一方面，隨著 pH 值的增加，由于胞外聚合物（ ExtraCelluar Polymer ）的電離官能團增加，活性污泥絮凝作用增加（盡管帶的負電性增加），但當pH 值超過一定圍后，絮凝作用下降?？梢?，這時的電排斥作

3、用增加，也會造成活性污泥脫絮（懸浮、不絮凝、反絮凝（deflocculation ）和上浮 6 。1.1.3 鹽含量的影響對進水的 pH 值調(diào)整不能消除堿度對活性污泥的影響。對堿性進水調(diào)pH 值，雖然中和了堿性物質(zhì)，但產(chǎn)生了鹽。鹽溶液濃度不同其滲透壓也不同，滲透壓是影響微生物生存的重要因素之一7。如微生物所處的溶液滲透壓發(fā)生突變，就會導致細胞死亡。1.1.4 水溫過熱組成活性污泥的微生物適合的溫度圍一般為1535，超過 45時會使活性污泥部分微生物死亡而上?。ń?jīng)過長期馴化的或特殊微生物除外）8 。另外， Klaus Kriebitzsch 等在用 SBR 工藝測定溫度對細胞酶活性影響的試驗中也

4、發(fā)現(xiàn)，溫度在20、30和 40時酶活性較好，大于 50之后，酶的活性明顯下降。1.1.5 致毒性底物對好氧活性污泥微生物有致毒作用的底物主要包括：含量過高的COD 、有機物（酚及其衍生物，醇，醛和某些有機酸等）、硫化物、重金屬及鹵化物。高底物濃度可與細胞酶活動中心形成穩(wěn)定的化合物，導致基質(zhì)不能接近，無法被降解，甚至使細胞中毒死亡。重金屬離子進人細胞后主要與酶或蛋白質(zhì)上的-SH 基結合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細胞不斷積累最終對微生物發(fā)生毒害作用（微動作用）。鹵化物最常見的是碘和氯，碘不可逆地與菌體蛋白質(zhì)（或酶）的酪氨酸結合，生成二碘酪氨酸，使菌體失活。氯與水合成次氯酸，其分解產(chǎn)生

5、強氧化劑。而且廢水中有機物的突變，使原被馴化好的并能降解有機毒物的微生物減少或消失。1.2 工藝運行1.2.1 過量曝氣微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進人衰老期，池中溶解氧濃度（DO ）上升；或者由于污泥活性差，曝氣葉輪線速度過高，供氧過多。總之，DO 上升，短期污泥活性可能很好，因為新代快，有機物分解也快，但時間一久，污泥被打得又輕又碎（但無氣泡），象霧花片似的飄滿沉淀池表面，隨水流走。這種污泥色淺，活性差，耗氧速率下降，污泥體積和污泥指數(shù)增高，處理效果明顯降低。1.2.2 缺氧引起的污泥上浮污泥呈灰色，若缺氧過久則呈黑色，并常帶有小氣泡。1.2.3 反硝化引起的污泥上浮當廢水中有機氨化合

6、物含量高或氨氮高時，在適宜條件下可被硝酸菌和亞硝酸菌氧化為NO 3-，如二沉池積泥或停留時間過長，NO 3-還原產(chǎn)生的N 2 會被活性污泥絮凝體所吸附，使得活性污泥上浮。1.2.4 回流量太大引起的污泥上浮回流量突增，會使氣水分離不徹底，曝氣池中的氣泡帶到沉淀區(qū)上浮，這種污泥呈顆粒狀，顏色不變，上翻的方向是從導流區(qū)壁直向沉淀區(qū)壁成湍流翻動。1.2.5 二沉池池底積泥引起的污泥上浮如果二沉池底泥發(fā)酵，產(chǎn)生的 CO2 和 H2 也會附聚在活性污泥上，使污泥比重降低而上浮。污泥腐化產(chǎn)生CH4、H 2S 后卜浮，首先是一個個小氣泡逸出水面，緊接著有黑色污泥上浮。1.3 活性污泥絲狀菌過量生長及其控制產(chǎn)

7、生的污泥上浮1.3.1 溫度與負荷微絲菌（ Mocrothrix patvicella ）的最佳生長條件是溫度在12 15，污泥負荷小于 0.1kg/ （kg·d）。它的天然疏水性會引起活性污泥的脫水性差，最高為 490mL/g 。在溫度高于 20后、即使污泥負荷是 0.2kg/(kg d)·，M.parvicella 也不增值。它打碎成 3080m的碎片，成浮渣形式而上浮。1.3.2 表面活性物質(zhì)、類脂化合物及機械應力作用引起低負荷膨脹和污泥上浮的最頻繁的絲狀菌是：微絲菌、0092 型、0041 型。在進水中表面活性物質(zhì)和類脂化合物濃度的升高、接種和機械應力也會引起放線菌

8、（Actinomycetes ）的增長。 Kappeleretal 觀察到機械應力（如離心泵）損壞緊密的活性污泥絮凝體并導致微絲菌的過量增長9 。1.3.3 過量投加絲狀菌抑制劑在曝氣池流出槽中注人過氧化氫，數(shù)天后，絲狀菌就消失，SVI 從 580mL/g 下降至 178mL/g 。且過氧化氫也有確保曝氣池DO 和去除 H 2S 臭味的效果。但若加人量太多會引起活性污泥的活性抑制及污泥上浮。2 活性污泥活性抑制與上浮的檢測方法2.1 測定污泥的耗氧速率（OUR ）和ATP測定活性污泥的耗氧速率（ OUR ），可判斷有無毒物流入、負荷條件和排泥平衡情況酸腺苦（ ATP ），還可以從處理機能方面對

9、微生物量和活性度進行定量分析。根據(jù)表明，測定 ATP 含量和 OUR 是檢測生物量活性的可靠方法。10 。若同時測定三磷P.E.Jorgensen等的研究2.2 利用指示生物診斷活性污泥狀態(tài)和性能用顯微鏡對活性污泥中的微生物進行鏡檢，其中的原生動物和后生動物（統(tǒng)稱為微型動物）相對比細菌個體大，在顯微鏡下易于觀察、鑒別和計數(shù)，且對外界環(huán)境條件的變化更為敏感，作為指示生物來診斷活性污泥的狀態(tài)和性能，在工程實踐中已有較廣泛應用。這種指示作用概括于表1 中。表 1微型動物對活性污泥狀態(tài)和性能的指示作用微型動物鏡檢情況活性污泥狀態(tài)鐘蟲、遁纖蟲、累枝蟲、 聚縮蟲、獨縮蟲等固著型原聲動物和輪蟲等后生動物大量

10、出現(xiàn)（ 106 個 /L ） 良好微型動物種類高度多樣化，沒有占絕對優(yōu)勢數(shù)量的微生物波豆蟲、尾波蟲、側滴蟲、屋滴蟲、 豆形蟲、 草履蟲等快速游泳型原生動物較多惡化嚴重惡化時微型動物極少，或被一種 （或一組）占優(yōu)勢漫游蟲、斜葉蟲、管葉蟲等慢速游泳型或匍匐行進的原生動物較多惡化 良好可觀察到微型動物， 但個體數(shù)比正常污泥害臊，蠕動纖毛類叫少。 球衣菌、 絲硫菌、 微絲菌、 放線菌大量出現(xiàn)膨脹、泡沫和浮渣變形蟲和簡便蟲等肉足類原生動物的個數(shù)在混合液中出現(xiàn)104 個/mL 分散、解體新態(tài)蟲、扭頭蟲、草履蟲出現(xiàn)較多溶解氧（ DO ）不足輪蟲和變形蟲大量出現(xiàn)曝氣過剩3 控制污泥上浮的技術措施穩(wěn)定曝氣池進水

11、水質(zhì)的最可行、 最經(jīng)濟的方法是終水回流， 用以稀釋、 調(diào)節(jié)曝氣池進水中的有機物濃度，使其穩(wěn)定在一定圍，終水回流的先決條件是污水處理廠的處理能力必須大于實際進水量。污水處理廠應考慮設有較大容積的調(diào)節(jié)池（均質(zhì)池）并控制好均質(zhì)池（調(diào)節(jié)池）液位。因高液位會使均質(zhì)池的水量緩沖能力下降，甚至喪失；而低液位運行不僅均質(zhì)效果差，且易使油和均質(zhì)池底的雜質(zhì)進人曝氣池，造成活性污泥受沖擊而上浮。液位宜控制在50 70。合理投加營養(yǎng)鹽。由于工業(yè)廢水中營養(yǎng)比例失調(diào)，常常碳源充分而氮、磷等營養(yǎng)物不足，因此處理工業(yè)廢水時須另外補加。一般以尿素和磷酸鹽為氮源和磷源，但投加量不宜過量。曝氣池人口設中和池及由堿池、酸池、pH 檢

12、測儀、 pH 自動調(diào)節(jié)閥等組成的pH 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使曝氣池進水的 pH 值控制在要求圍。采用純氧曝氣。從西德引進的純氧曝氣裝置，投產(chǎn)5a 以來從未出現(xiàn)污泥上浮。污泥中毒引起的污泥上浮可以加大曝氣量，減少進水量并清除死污泥?；钚晕勰嗟奈⑸锝M成主要依賴于廢水成分、流動形式、運行條件和適宜的設計。由于在實際處理過程中幾乎難以控制廢水成分，因此對運行條件和反應器設計進行優(yōu)化選擇至關重要。引起活性污泥上浮的主要因素1.1 進水水質(zhì)1.1.1 過量的表面活性物質(zhì)和油脂類化合物這類物質(zhì)可以影響細胞質(zhì)膜的穩(wěn)定性和通透性，使細胞的某些必要成分流失而導致微生物生長停滯和死亡。當曝氣池進水中含有大量這類物質(zhì)時，

13、會產(chǎn)生大量泡沫（氣泡），這些氣泡很容易附聚在菌膠團上，使活性污泥的比重降低而上浮。另外，當進水含油脂量過高時，經(jīng)過曝氣與混合，油脂會附聚在菌膠團表面，使細菌缺氧死亡，導致比重降低而上浮 1-3 。1.1.2 pH 值沖擊過高或過低的pH 值會影響活性污泥微生物胞外酶及存在于細胞質(zhì)和細胞壁里酶的催化作用以及微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。當連續(xù)流曝氣反應池pH 4.0 或 pH 11.0 時，多數(shù)情況下活性污泥中微生物活性受到抑制，或失去活性，甚至死亡，以致發(fā)生污泥上浮4 。用 SBR 法處理啤酒廢水和化工廢水的實驗結果表明：當進水 pH 值為 2.55.0 和 10.012.0時， pH 值越低（或越

14、高），污泥活性受抑制越嚴重，上浮污泥量越多?？刂频?pH 值（ 3.5-7.0 ）的反應周期 pH 值不變，兩種廢水的活性污泥在pH5.5 時就開始出現(xiàn)污泥上浮5-6 。另一方面，隨著 pH 值的增加，由于胞外聚合物（ ExtraCelluar Polymer ）的電離官能團增加，活性污泥絮凝作用增加（盡管帶的負電性增加），但當pH 值超過一定圍后，絮凝作用下降。可見，這時的電排斥作用增加，也會造成活性污泥脫絮（懸浮、不絮凝、反絮凝（deflocculation ）和上浮 6 。1.1.3 鹽含量的影響對進水的 pH 值調(diào)整不能消除堿度對活性污泥的影響。對堿性進水調(diào)pH 值，雖然中和了堿性物質(zhì)

15、，但產(chǎn)生了鹽。鹽溶液濃度不同其滲透壓也不同，滲透壓是影響微生物生存的重要因素之一7。如微生物所處的溶液滲透壓發(fā)生突變，就會導致細胞死亡。1.1.4 水溫過熱組成活性污泥的微生物適合的溫度圍一般為1535，超過 45時會使活性污泥部分微生物死亡而上浮（經(jīng)過長期馴化的或特殊微生物除外）8 。另外， Klaus Kriebitzsch 等在用 SBR 工藝測定溫度對細胞酶活性影響的試驗中也發(fā)現(xiàn)，溫度在20、30和 40時酶活性較好，大于 50之后，酶的活性明顯下降。1.1.5 致毒性底物對好氧活性污泥微生物有致毒作用的底物主要包括：含量過高的COD 、有機物（酚及其衍生物，醇，醛和某些有機酸等）、硫

16、化物、重金屬及鹵化物。高底物濃度可與細胞酶活動中心形成穩(wěn)定的化合物，導致基質(zhì)不能接近，無法被降解，甚至使細胞中毒死亡。重金屬離子進人細胞后主要與酶或蛋白質(zhì)上的-SH 基結合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細胞不斷積累最終對微生物發(fā)生毒害作用（微動作用）。鹵化物最常見的是碘和氯，碘不可逆地與菌體蛋白質(zhì)（或酶）的酪氨酸結合，生成二碘酪氨酸，使菌體失活。氯與水合成次氯酸，其分解產(chǎn)生強氧化劑。而且廢水中有機物的突變，使原被馴化好的并能降解有機毒物的微生物減少或消失。1.2 工藝運行1.2.1 過量曝氣微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進人衰老期，池中溶解氧濃度（DO ）上升；或者由于污泥活性差，

17、曝氣葉輪線速度過高，供氧過多。總之，DO 上升，短期污泥活性可能很好，因為新代快，有機物分解也快，但時間一久，污泥被打得又輕又碎（但無氣泡），象霧花片似的飄滿沉淀池表面，隨水流走。這種污泥色淺，活性差，耗氧速率下降，污泥體積和污泥指數(shù)增高，處理效果明顯降低。1.2.2 缺氧引起的污泥上浮污泥呈灰色，若缺氧過久則呈黑色，并常帶有小氣泡。1.2.3 反硝化引起的污泥上浮當廢水中有機氨化合物含量高或氨氮高時，在適宜條件下可被硝酸菌和亞硝酸菌氧化為NO 3-，如二沉池積泥或停留時間過長，NO 3-還原產(chǎn)生的N 2 會被活性污泥絮凝體所吸附，使得活性污泥上浮。1.2.4 回流量太大引起的污泥上浮回流量突

18、增，會使氣水分離不徹底，曝氣池中的氣泡帶到沉淀區(qū)上浮，這種污泥呈顆粒狀，顏色不變，上翻的方向是從導流區(qū)壁直向沉淀區(qū)壁成湍流翻動。1.2.5 二沉池池底積泥引起的污泥上浮如果二沉池底泥發(fā)酵，產(chǎn)生的 CO2 和 H2 也會附聚在活性污泥上，使污泥比重降低而上浮。污泥腐化產(chǎn)生CH4、H 2S 后卜浮，首先是一個個小氣泡逸出水面，緊接著有黑色污泥上浮。1.3 活性污泥絲狀菌過量生長及其控制產(chǎn)生的污泥上浮1.3.1 溫度與負荷微絲菌（ Mocrothrix patvicella ）的最佳生長條件是溫度在12 15，污泥負荷小于 0.1kg/ （kg·d）。它的天然疏水性會引起活性污泥的脫水性差

19、，最高為 490mL/g 。在溫度高于 20后、即使污泥負荷是 0.2kg/(kg d)·，M.parvicella 也不增值。它打碎成 3080m的碎片，成浮渣形式而上浮。1.3.2 表面活性物質(zhì)、類脂化合物及機械應力作用引起低負荷膨脹和污泥上浮的最頻繁的絲狀菌是：微絲菌、0092 型、0041 型。在進水中表面活性物質(zhì)和類脂化合物濃度的升高、接種和機械應力也會引起放線菌（Actinomycetes ）的增長。 Kappeleretal 觀察到機械應力（如離心泵）損壞緊密的活性污泥絮凝體并導致微絲菌的過量增長9 。1.3.3 過量投加絲狀菌抑制劑在曝氣池流出槽中注人過氧化氫，數(shù)天后

20、，絲狀菌就消失，SVI 從 580mL/g 下降至 178mL/g 。且過氧化氫也有確保曝氣池DO 和去除 H 2S 臭味的效果。但若加人量太多會引起活性污泥的活性抑制及污泥上浮。2 活性污泥活性抑制與上浮的檢測方法2.1 測定污泥的耗氧速率（OUR ）和ATP測定活性污泥的耗氧速率（ OUR ），可判斷有無毒物流入、負荷條件和排泥平衡情況酸腺苦（ ATP ），還可以從處理機能方面對微生物量和活性度進行定量分析。根據(jù)表明，測定 ATP 含量和 OUR 是檢測生物量活性的可靠方法。10 。若同時測定三磷P.E.Jorgensen等的研究2.2 利用指示生物診斷活性污泥狀態(tài)和性能用顯微鏡對活性污泥

21、中的微生物進行鏡檢，其中的原生動物和后生動物（統(tǒng)稱為微型動物）相對比細菌個體大，在顯微鏡下易于觀察、鑒別和計數(shù)，且對外界環(huán)境條件的變化更為敏感，作為指示生物來診斷活性污泥的狀態(tài)和性能，在工程實踐中已有較廣泛應用。這種指示作用概括于表1 中。表 1微型動物對活性污泥狀態(tài)和性能的指示作用微型動物鏡檢情況活性污泥狀態(tài)鐘蟲、遁纖蟲、累枝蟲、 聚縮蟲、獨縮蟲等固著型原聲動物和輪蟲等后生動物大量出現(xiàn)（ 106 個 /L ） 良好微型動物種類高度多樣化，沒有占絕對優(yōu)勢數(shù)量的微生物波豆蟲、尾波蟲、側滴蟲、屋滴蟲、 豆形蟲、 草履蟲等快速游泳型原生動物較多惡化嚴重惡化時微型動物極少，或被一種 （或一組）占優(yōu)勢漫

22、游蟲、斜葉蟲、管葉蟲等慢速游泳型或匍匐行進的原生動物較多惡化 良好可觀察到微型動物， 但個體數(shù)比正常污泥害臊，蠕動纖毛類叫少。 球衣菌、 絲硫菌、 微絲菌、 放線菌大量出現(xiàn)膨脹、泡沫和浮渣變形蟲和簡便蟲等肉足類原生動物的個數(shù)在混合液中出現(xiàn)104 個/mL 分散、解體新態(tài)蟲、扭頭蟲、草履蟲出現(xiàn)較多溶解氧（ DO ）不足輪蟲和變形蟲大量出現(xiàn)曝氣過剩3 控制污泥上浮的技術措施穩(wěn)定曝氣池進水水質(zhì)的最可行、 最經(jīng)濟的方法是終水回流， 用以稀釋、 調(diào)節(jié)曝氣池進水中的有機物濃度，使其穩(wěn)定在一定圍，終水回流的先決條件是污水處理廠的處理能力必須大于實際進水量。污水處理廠應考慮設有較大容積的調(diào)節(jié)池（均質(zhì)池）并控制

23、好均質(zhì)池（調(diào)節(jié)池）液位。因高液位會使均質(zhì)池的水量緩沖能力下降，甚至喪失；而低液位運行不僅均質(zhì)效果差，且易使油和均質(zhì)池底的雜質(zhì)進人曝氣池，造成活性污泥受沖擊而上浮。液位宜控制在50 70。合理投加營養(yǎng)鹽。由于工業(yè)廢水中營養(yǎng)比例失調(diào)，常常碳源充分而氮、磷等營養(yǎng)物不足，因此處理工業(yè)廢水時須另外補加。一般以尿素和磷酸鹽為氮源和磷源，但投加量不宜過量。曝氣池人口設中和池及由堿池、酸池、pH 檢測儀、 pH 自動調(diào)節(jié)閥等組成的pH 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使曝氣池進水的 pH 值控制在要求圍。采用純氧曝氣。從西德引進的純氧曝氣裝置，投產(chǎn)5a 以來從未出現(xiàn)污泥上浮。污泥中毒引起的污泥上浮可以加大曝氣量，減少進水量并清

24、除死污泥?；钚晕勰嗟奈⑸锝M成主要依賴于廢水成分、流動形式、運行條件和適宜的設計。由于在實際處理過程中幾乎難以控制廢水成分，因此對運行條件和反應器設計進行優(yōu)化選擇至關重要。2.2 解偶聯(lián)代代是生物化學轉化的總稱, 分為分解代和合成代。微生物學家認為, 細胞產(chǎn)量和分解代產(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 ,即分解代和合成代解偶聯(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

25、和無效循環(huán)處置其胞能量。在解偶聯(lián)條件下,大部分底物被氧化為二氧化碳,產(chǎn)生的能量用于驅動無效循環(huán),但對底物的去除率不會產(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狀態(tài),最大程度地分離合成代和分解代,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)是鍵能轉移的主要途徑,是能量轉移反應的中心，微生物的合成代通過呼吸與底物的分解

26、代進行偶聯(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)新代就會發(fā)生, 并且在微生物新代過程中產(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 ,即分解代和合成代解偶聯(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

27、沒有細胞質(zhì)量的相應變化。通過控制微生物的代狀態(tài),最大程度地分離合成代和分解代, 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。3.1.1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 ,4四,5氯水酰苯胺 )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

28、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

29、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;(2) 當加入解偶聯(lián)劑后,需要更多的氧去氧化未能轉化成污泥的有機物,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4 80 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。3.1.2高 S0/X0 ( 底物濃度 /污泥濃度 )條件下的解偶聯(lián)</P< p>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)

30、。 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); 二是減少了生物體部分新代的途徑( 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 ( >8 10)遠遠大于實際活性污泥法處理污水時的情況( F/M=0.05 0.1) 。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有一定

31、的影響,進而影響碳在分解代和合成代中的分布。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

32、氧 (OSA)工藝在污泥的回流過程中插入一級厭氧生物反應器，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 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

33、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)率降低了20 % 65 % , S V I 值也比傳統(tǒng)活性污泥工藝低。例如：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振鴻等人的好氧 沉淀 兼氧活性污泥工藝使。還有全等人采用好氧 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

34、生長 。利用各種溶胞技術 , 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

35、mg/ (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高會使 SVI ( 污泥體積指數(shù) ) 值迅速下降到開始的3 h 左右就可以達到減量40 %40 % ,影響污泥的沉降性能。60 % </P< p>。但是 , 臭氧濃度較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產(chǎn)率 ( Yobs) 和污泥停留時間的關系可用下式表示:, 污泥1/Yobs = 1

36、/ Ymax + cKd /Ymax(1)式中Ymax 真正生長速率Kd 比源代速率式(1) 表明 ,在穩(wěn)態(tài)活性污泥工藝中污泥停留時間和源代速率呈負相關,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 ,是不容忽視的問題。3.4.3酸、堿酸堿可以使細胞壁溶

37、解釋放細胞物質(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。3.4.4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)的量減少。超聲波超聲波處理 ( 如 240 W ,20 kHz ,

38、800 s)只是從物理角度對細胞進行破碎,和投加堿相比 ,在短時間有迅速釋放細胞物質(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、擴和破裂達到壓碎細胞壁、釋放細胞含物的目的。壓力利用壓力使細菌的細胞壁在機械壓力的作用下破碎,從而使細胞含物溶于水中。3.4.5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

39、,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

40、。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。 </P< p>基于上訴原因， , 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 反應器則專為捕食者設計, 此階段泥齡較長

41、 ,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 0.05 0.17gSS/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生長,兩段式系統(tǒng)有時會發(fā)生污泥膨

42、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中的數(shù)量變動劇烈

43、 ,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

44、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)

45、造成影響。無論是兩段式生物反應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

46、和土壤改良劑 ; 在生態(tài)床中增殖的蚯蚓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