污泥减量技术的研究及其应用（二）

1.2.食物捕食
由于低效的生物转化，能量在从低营养级(细菌)向高营养级(原生动物和后生动物)转移的过程中损失。所以，理想情况下，总的能量损失和生物量产量应该是最小的[8]，即食物链越长，能量损失越大，用于合成生物的能量越少。因此，另一种减少生物量的方法是根据生态学原理，大力促进食物链中食细菌生物的生长。原生动物是活性污泥中最常见的细菌捕食者，可分为游离型、爬行型和附着型三种，约占生物总数的5%，其中70%的原生动物为纤毛虫)；；后生动物通常是线虫和轮虫。影响原生动物捕食细菌的因素有几个:纤毛虫大小、停留时间(考虑纤毛虫的生长速度)、细菌状态(密度、生死)、进水BOD。在传统的活性污泥法中，生物处理在曝气池中进行。由于微生物区系的复杂性，原生动物和后生动物的存在抑制了分散细菌的生长，但有利于成团细菌或成膜细菌的生长(它们不易被捕食者掠夺)，因此，为了克服常规活性污泥法的微生物选择压力，两级法是目前最常用的方法。第一阶段是散菌阶段，目的是促进散菌的生长。该阶段具有以下运行特点:曝气、完全混合、无生物滞留和污泥龄小。其关键设计参数是水力停留时间(HRT)等于固体停留时间(SRT)。水力停留时间必须足够长，以避免冲走分散的细菌，并且足够短，以防止细菌结块和捕食者的生长。这个阶段的反应器是恒化器。第二阶段是捕食者阶段，目的是促进原生动物和后生动物的生长。其特点是泥龄长。这一阶段的反应器可以是活性污泥、生物膜或膜生物反应器等。
Ratsak等人用两步法对梨形四膜虫的捕食细菌(荧光假单胞菌)进行了小规模研究，发现其生物量产量比无纤毛虫时下降了12% ~ 43%。Lee和Welander进行了类似的研究，第二阶段被设计为生物膜反应器。原生动物和后生动物可使生物量减少60% ~ 80%。采用两级工艺处理五种制浆造纸废水，第二级采用活性污泥和生物膜反应器(悬浮填料和固定填料)。小试结果表明，常规活性污泥法的污泥产量为0.2 ~ 0.4 kgss/kg COD，两级法为0.01 ~ 0.23 kgss/kg COD，其中污泥产量是固定的。Rensink和Rulkens在填充有填料的中试活性污泥系统中接种后生动物——水蚯蚓，污泥产量从没有接种蠕虫的0.4 kgMLSS/kgCOD下降到接种蠕虫的0.15 kgMLSS/kgCOD。王保贞使用固体填料来增加曝气池中原生动物和后生动物的数量。中试表明，淹没式生物膜的剩余污泥产量是常规活性污泥法的1/10 ~ 1/5[Ghyoot和维斯特莱特采用两级工艺处理人工废水，第二级分别采用淹没式膜生物反应器和活性污泥反应器。对这两种工艺进行了比较。在相同的SRT和有机负荷下，两级MBR的污泥产量比两级活性污泥法低20% ~ 30%，但前者出水中的溶解性氮和磷比后者高，两级MBR的硝化能力明显降低。在张绍，采用两级抽吸式一体式膜生物反应器处理生活污水。当发现蠕虫时，污泥产量低于常规活性污泥污水处理系统。当蠕虫浓度高于100个/mL时，污泥产量为0.1 kgSS/kgCOD，约为常规活性污泥法的1/4。对高污泥浓度的膜生物反应器处理效果影响不大，在蠕虫繁殖高峰期有部分氮磷释放。以上研究表明，两级法适用于不同的废水处理，但存在两个缺点:①耗氧量的增加导致曝气成本的增加；②营养物质的释放影响出水水质。
2。解偶联生长的污泥减量技术
三磷酸腺苷(ATP)是键能量转移的主要方式，是能量转移反应的中心。通常，微生物的合成代谢通过呼吸作用(速率控制)与底物的分解代谢相结合。当呼吸控制不存在，生物合成的速率成为速率控制因素时，解偶联代谢就会发生，微生物代谢过程中产生的多余能量没有用于合成生物。因此，这种现象被称为非耦合生长。Russel和Cook将解偶联定义为:化学渗透氧化磷酸化不能以ATP形式产生理论能量，即解偶联氧化磷酸化[10]。这表明ATP在分解代谢中的产生速率高于其在合成代谢中的消耗速率，会降低生物体的产量。
当微生物由厌氧过程转入好氧过程时，会发生解偶联代谢，产率系数降低。因此，Chudoba等人设计了OSA(好氧-沉淀-厌氧)中试系统处理人工配制的废水，并与常规活性污泥法进行比较，前者和后者的污泥产量分别为0.13 ~ 0.29和0.28 ~ 0.47 kgss。解偶联剂可以起到解偶联氧化磷酸化的作用，限制细胞的捕获能，从而抑制细胞的生长，从而降低污泥产量。Strand等比较了12种解偶联剂，小试结果表明三氯酚(TCP)最有效，初始阶段加入TCP的污泥产量是不加TCP的50%。但是80天后，微生物适应了TCP [3]。虽然解偶联剂可以大大降低污泥产量，但长期运行引起的生物适应会对解偶联剂的使用产生负面影响。