基于生物捕食的污泥减量技术

基于生物捕食的污泥减量技术摘要随着中国污水处理能力的快速提高，污泥量也同步大幅增加。

出于对污泥处理过程中的环境问题和经济效益的逐渐重视，上个世纪末提出了剩余污泥减量化的概念，当今污泥减量化技术已经成为国内外污水及污泥处理方面的研究热点。

通过查找文献并进一步总结，本文针对生物方法中的基于生物捕食原理的三种工艺作出介绍，并分析了其优缺点。

对污泥减量化的发展前景作出展望。

关键词污泥减量；微型动物；两段式生物反应器工艺；淹没式生物膜工艺；蚯蚓生物滤池工艺1、剩余污泥减量化的意义剩余污泥(excess activated sludge)是指活性污泥系统中从二次沉淀池（或沉淀区）排出系统外的活性污泥。

剩余污泥的产生是在生化处理过程中，活性污泥中的微生物不断地消耗着废水中的有机物质。

被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞质，从而使微生物繁衍生殖，微生物在新陈代谢的同时，又有一部分老的微生物死亡，故产生大量剩余污泥。

而目前对于剩余污泥的处理需要分离、稳定、消化、脱水等步骤，最终处置常采用填埋、填海、农业或建筑业等，处理费用巨大，可占整个污水厂投资及运行费用的25%~65%[1]，已成为城市污水处理厂的沉重负担。

由此可见，活性污泥法作为目前有效的污水处理工艺，虽然成本低廉，运用广泛，但是它会所产生的大量剩余污泥，成为弊端。

例如一个日处理量在30万吨左右的以厌氧好氧为工艺的污水处理厂，每天剩余污泥的产量大概是200~300吨左右含水率为80%的污泥，数量十分惊人，目前随着可用土地的减少以及人类对健康的关注程度的提高，污泥的最终处置越来越难。

因此，在保证污水处理效果的前提下，如何降低单位污泥产量，是污水处理过程中所必须关注的课题[2]。

由此提出污泥减量化，即使污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少，本质就是减少生物量，有物理、化学和生物手段。

目前，生物手段中，利用微型生物的捕食作用，产生减少剩余污泥产量的作用，不但处理效果好，而且基建投资少，运行费用低，无二次污染，得到广泛关注。

本文主要介绍三种基于生物捕食的污泥减量技术。

2、三种基于微型生物捕食的污泥减量技术水处理中，通常将原生动物和一些体积较小的后生动物（如轮虫、线虫）等称为微型动物，它们在食物链的最高端，捕食细菌。

依据生态学原理，当能量从低营养级传递到高营养级时，系统中食物链越长，能量的损耗就越多，合成的新生物的数量越少，污泥产生量就越少。

所以，延长生物链或者强化食物链中微型生物的捕食作用是减少污泥量的有效方法。

微型生物与细菌之间除了捕食者与被捕食者的关系之外，还有互利共生的关系。

微型动物能强化细菌的活性、促进细菌的自身氧化和代谢能力，这些都有利于减少污泥量。

所以，在活性污泥系统中引入寡毛蠕虫[3,4]、红斑螵体虫[5]或者采用蚯蚓生物滤池[6]来对污泥进行生物代谢的强化，生物污泥能在生态环境中被吸收，达到污泥减量的作用。

基于微型生物捕食的污泥减量技术，基本上实现无危害、无污泥外排，并且出水水质基本不受影响，也可以实现工业化的应用。

2.1两段式生物反应器工艺两段式工艺充分利用了食物链生态学的原理，不需要对污水处理系统添加任何物质，就能达到污泥的减量化。

两段式生物反应器由两个阶段的反应器组成：第一阶段为分散细菌阶段，采用完全混合式反应器，水力停留时间与污泥停留时间相等，去除污水中有机物的同时，能促进细菌的大量生长；第二阶段为捕食阶段，就是物质和能量由食物链的低级别向高级别的转化阶段，其反应器的环境条件适于微型生物增殖，污泥龄长于水力停留时间[7]。

其中，第一段的水力停留时间是这一系统的关键设计参数，必须保持分散菌的数量，又要避免微型生物的增长。

经过大量实验[8]证明，两段式生物反应器确实能有效的减少污泥产量，它作为利用生态学食物链原理，利用活性污泥自然生态系统的捕食过程实现污泥减量的新兴工艺，非常具有研究价值。

但是从研究结果来看，两段式工艺的主要缺点在于：1、第一阶段中的HRT参数一般认为在1~12h，但是在实际操作中难以控制。

2、微型动物对污泥的捕食会造成营养物质（N、P等）释放，使出水的水质收到影响。

2.2 淹没式生物膜工艺淹没式生物膜污水处理技术，是由哈尔滨建筑大学王宝贞[9]等开发的新技术，是在污水反应池中放置生物膜载体填料，形成悬浮生长的生物处理系统。

其原理是当污水通过填料时，由大量细菌、真菌、原生动物、后生动物和藻类等组成的生物膜会在填料上逐渐形成，淹没式生物膜工艺也运用了生态学食物链的原理，具有较长的食物链和复杂的生态系统，因此能有效并且无害地降解污水中的有机污染物和细菌等，达到降低剩余污泥产量的目的。

经过实验证明，采用淹没式生物膜工艺的污水处理厂，其剩余污泥的产量是相同规模的处理厂剩余污泥量的1/3~1/10。

采用该技术的番禺祁福新村污水处理厂（日处理量8000m3/d），自投产以来一年多没有产生剩余污泥，实现了污泥的零排放[10]。

淹没式生物膜反应器的优点在于：1、能有效的减少剩余污泥产量，减量效果能达到100% 2、化学需氧量、氨氮、SS的去除率都能达到80%以上3、有较好的除磷效果。

在国内所做的实验中，迟军[11]在应用淹没式生物膜反应器处理含磷污水的研究中发现，污水在经过前置厌氧阶段后除磷率可达63%，李军的研究结果发现，填料密度为30%，水力停留时间9h,其中厌氧3h,好氧6h时，进水的COD负荷在0.27-1.32kg/m3 /d范围内，除磷率均可达到90%以上。

2.3蚯蚓生物滤池工艺蚯蚓广泛分布在生态环境中，在食物链中属于分解者，以废弃或腐烂的有机物为食，有惊人的吞噬能力，并且其消化道能分泌蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等多种酶类。

蚯蚓本身具有强大的处理污染物的能力，日益被环保工作者所重视。

蚯蚓生物滤池工艺首先由国内同济大学[12]展开相关的研究，目前已经经历了多次甚至包括生产规模性的实验。

蚯蚓生物滤池由布水器、滤料床和沉淀室构成，由普通生物滤池改进，其中布水器起到均匀布水的作用。

一般滤料床设3层滤料，蚯蚓主要活动在滤料层的表面，滤料表层还应有一定厚度的植物性填料，其不仅能够起到二次布水的作用，减轻水利冲刷对蚯蚓的影响，还能起到遮光并且缓解环境温度剧烈变化的作用，为蚯蚓的生存环境提供保障。

中间层作为补充层，主要由木屑、泥炭、棉籽壳、谷壳和树皮等材料构成，厚度与蚯蚓分解处理层相当；最下面有承托层，是由粗、细两种石英砂构成，其中，粗石英砂粒径在20~40mm，处于最底层，细石英砂粒径为10~15mm，位于粗石英砂之上。

蚯蚓生物滤池采用了现代生态设计理念，在污水处理系统中引入了蚯蚓，延长了食物链，使生态环境复杂化，稳定化。

蚯蚓能分解污水中的悬浮物、生物污泥及部分微生物，少量的增殖蚯蚓可以作为农牧业饲料，而蚯蚓粪则可以作为微生物的食料，有利于微生物的增殖，正是蚯蚓和微生物的协同共生作用，使蚯蚓生物滤池具有污水污泥同步高效处理的能力。

蚯蚓生物滤池的优点[13]显而易见：处理污水能力较好，基本上不产生污泥，工艺简单，造价低，无污染，是一种经济生态型的污水处理设备。

而它的缺点也存在：1、蚯蚓不能长期生长在滞水的环境中，此工艺的水力负荷较低，适合中小型的污水处理厂；进水的有机负荷也不能太大，如果超出了蚯蚓的摄食能力，有机物的堆积会破坏蚯蚓的生存环境；3、温度也是该工艺需要注意的参数，过低或者过高的环境温度都不利于蚯蚓的生长，蚯蚓的活性被降低之后，滤池出水的水质及污泥的处理效果都会相应变差。

3、结论秉承“清洁生产”的原则，污泥的治理从“末端治理”转向了“源头控制”。

污泥减量化的研究，是实现污水处理经济生态化发展的需要。

有很多专家学者正在研究剩余污泥的处理，有的尚且还在实验阶段，有的已经投入生产实践。

本文中主要介绍的是生物法污泥减量技术中基于生物捕食的三种工艺：两段式生物反应器工艺、生物膜工艺和蚯蚓生物滤池工艺。

这种利用微型动物减少污泥产量的工艺不但具有较好的污泥减量效果，而且不会产生副产物。

对环境没有二次污染，并且有能耗少、运行费用低等诸多优点，是目前解决剩余活性污泥问题最为经济可行的方法之一，十分有发展前景。

由于对污泥减量化的日益重视，以后将有更多剩余污泥减量化新工艺、新技术的开发和研究。

只有做到减量化、资源化、无害化处置剩余污泥,才能从根本上达到环保，节省费用的目的。

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