＊蔡安蓉

（重庆市渝西水务有限公司 重庆 400000）

引言

目前污泥的处理处置主要通过卫生填埋、焚烧、堆肥、好氧消解和厌氧消解来实现，考虑到污泥产量的逐年增加和环保形势的严峻，这些处理处置方法存在处理效率低、处理费用高、管理困难、且有二次污染等问题。利用微生物自身代谢能够减少剩余污泥量的产生，从源头上、低成本的解决污泥处理处置问题。

1.活性污泥微生物的新陈代谢

(1)活性污泥的组成

活性污泥由复杂的微生物群落及大量的有机和无机物质所构成，而活性污泥的微生物群落则主要由原核生物、真核生物和噬菌体等形成一个微生态系统，这些微生物通过消耗废水中的有机营养物，进行代谢繁衍，和难降解有机物质、惰性悬浮固体等形成了剩余污泥。

(2)活性污泥微生物的新陈代谢

微生物的新陈代谢，如图1，是指环境微生物细胞内维持生命、增殖以及降解基质的一系列化学反应，包括分解代谢和合成代谢。在分解代谢中，有机物大分子在分解代谢酶系催化下，发生降解，产生三磷酸腺苷；在合成代谢中，微生物则是利用分解代谢过程中释放的能量和营养物质，通过合成酶系催化，合成细胞物质。而在环境中营养不足时，微生物通过内源呼吸进行自身氧化分解，获取生命活动所需的能量。分解代谢和合成代谢相辅相成，微生物通过代谢，不断增殖和死亡，实现活性污泥中的增殖代谢。

图1 污泥微生物代谢示意图

2.利用微生物代谢实现污泥原位减量的技术路线

污泥原位减量技术是通过干涉污水处理过程中微生物的新陈代谢，抑制细胞增殖、强化内源呼吸，实现剩余污泥产生量的削减。根据污泥微生物代谢特性，污泥原位减量可以通过解偶联代谢、维持代谢、溶胞隐形生长、生物捕食实现。

(1)解偶联代谢减量技术

解偶联代谢是指细胞的分解代谢和合成代谢受到干扰，呼吸和合成的偶联状态被破坏，从而抑制ATP的合成。在抑制性化合物、重金属、能量来源过剩、温度异常、营养物质限制等情况下，可以观察到解耦代谢。解偶联代谢减量可以通过投加解偶联剂、高S0/X0比值及OSA工艺实现。

投加化学解偶联剂可以简单地实现解偶联代谢，2,4-二硝基苯酚（DNP）、对硝基苯酚（pNP）、五氯苯酚（PCP）和3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺（TCS）等多被用于解偶联研究。CHEN GH[1]等对TCS作为解偶联剂的研究，以及Strand[2]等对12种化学解耦剂的研究发现，TCS效果较好，可以实现50%的污泥减量。化学解偶联剂具有操作简单，效果明显等优势，但也存在成本高、难降解、具有毒性，影响污泥活性等难点。因此，化学解偶联剂的长期应用应当非常谨慎，且需要进一步研究其对环境的影响。

提高初始底物浓度与初始微生物浓度的比例（S0/X0）可以导致分解、合成速率失衡，产生解偶联现象。Liu[3]、谢敏丽[4]的研究表明，基于基质反应平衡的原理，当S0/X0比值达到8以上时，可以实现解偶联。但实际污水处理过程，S0/X0的正常范围为0.01～0.13，因此，高S0/X0减量技术在工程应用中还存在限制。

OSA工艺是在传统CASS工艺污泥回流上增设厌氧池的改良工艺。回流污泥经过厌氧段再进入好氧段，微生物在厌氧段大量ATP被用于生命活动，再回到好氧段大量ATP被合成，但不会用于细胞合成而是进行储存，从而实现解偶联。钟贤波等[5]的研究显示，采用OSA工艺污泥减量率最高可以达到33.24%。由于OSA工艺的减量机理并不明确，且工艺改造需要占地，广泛推广还需要时间。

(2)维持能消耗减量技术

微生物用于维持生命活动（细胞物质交换、离子梯度、主动运输、蛋白质合成等生化反应）的能量称为维持能，由微生物内源呼吸提供。维持能消耗越大，用于细胞增殖的能量就越少，因此，强化微生物的内源呼吸和维持代谢一直是污泥减量的主要思路之一。提高系统污泥浓度、增加污泥龄可以提高维持能消耗占比，减少好氧废水处理过程中的污泥产量。

膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物反应器相结合的工艺，其膜组件将固液进行分离，可以实现污泥高浓度、高泥龄控制，因此较常规污水处理工艺产泥量减少，有研究表明MBR还可以实现无剩余污泥排放。但在实际运行过程中，污泥浓度过高会导致运行成本增加，膜污染等问题。

(3)溶胞隐形生长减量技术

当活性微生物以其自身为底物进行新陈代谢时，有机物随着微生物的生长循环以二氧化碳的形式进入大气，总碳含量降低，污泥产量减少，这种微生物靠自身为底物的生长方式称为隐性生长。溶胞-隐性生长技术的主要环节在于促进污泥的溶胞，提高污泥水解率，强化隐性生长，实现污泥的减量。主要的溶胞技术可分为：生物、化学和物理溶胞。

生物溶胞以外加可分泌胞外酶的工程菌和酶制剂两种方法为主。研究发现嗜热酶、纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等酶制剂都可以实现溶胞，其中，水解溶菌酶效果较好，VSS溶解率达52.21%，蛋白酶及纤维素酶在去除EPS后效果较好，VSS溶解率最高可分别达到49.95%和39.85%[6]。生物溶胞不会形成二次污染，但工程菌的长期投入可能改变污泥系统原生的微生物群落构成，而酶制剂的投入也可能使微生物产生依赖。

化学溶胞是指对活性污泥进行氧化处理，常见有臭氧氧化、氯溶胞、酸碱试剂等。一般来说化学氧化剂投加量越大，污泥减量效果越好，但部分化学药剂容易产生毒害副产物导致二次污染。

物理溶胞则是通过物理手段，如超声波、机械破碎、加热等方法破坏细胞结构，使细胞质流出，促进微生物隐性生长。物理溶胞方法不容易产生附产物，但需要在原有工艺的基础上增加设备或设施。

(4)生物捕食减量技术

能量从低营养级向高营养级转移的过程中，生物质转化效率低下而产生能量损失，加强污泥食物链中高等微生物对细菌的捕食作用，能有效降低生物固体的产量。创造原生动物、后生动物适宜的生长及捕食环境是利用生物捕食进行减量的关键。目前应用最为广泛的有两段活性污泥法和直接接种法。

由于原生动物不以活性污泥中的粘性物质为食，为了促进原生动物的捕食，活性污泥必须形成菌体分散的状态。两段法即将曝气池分为两段，在前段采用高负荷运行，促进分散菌体的增殖，钟虫、草履虫等纤毛虫对分散菌体进行捕食，形成沉降性能良好的活性污泥；前段污泥进入后段，被轮虫、环节动物等微小动物捕食，转化成为CO2、水和能量，从而实现减量。根据某工程实绩，利用两段法，剩余污泥的产量可较传统方法减少50%～80%。

直接接种法则是向反应器中接种富含大量寡毛纲环节动物等原生动物的污泥。荷兰某啤酒废水的活性污泥中接种颤蚓后，剩余污泥量减少了18%～67%[7]。

利用微生物的捕食可以较好的削减剩余污泥的产生量，但微生物生长环境以及微生物群落的控制仍需要进一步研究和优化。

3.其他污泥原位减量技术的开发和应用

单一的技术很难实现可持续减量，多技术联动的技术开发具有一定必要性。在污泥回流系统上安装一台生物强化反应器，利用反应器的多重氧化电位裂解，回流污泥经过反应器时，菌胶团表面好氧异养细菌被破壁，溶胞细菌随污泥回流进入生化系统作为底物被二次降解，进而实现污泥原位减量。同时通过接种噬菌类复合菌，促进隐形生长，强化减量能力。经试验发现，污泥产量可减少50%。

4.结束语

目前，治理污泥原位减量的方法愈发多元化，但技术方法存在一定差异。从可持续发展层面出发，污泥原位减量技术仍存在弊端，所以，应在妥善治理污水前提下，尽量降低剩余污泥产量，以此为生态环境与社会经济建设提供保障。