隨著城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)和生活污水排放量日益增多，我國(guó)自20世紀(jì)90年代以來(lái)，每年產(chǎn)生的污泥量更是高達(dá)1億t以上[1]。建設(shè)更多的污水處理廠勢(shì)在必行�；钚晕勰喾ㄊ悄壳笆澜缟蠎�(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，但其最大的弊端就是產(chǎn)生大量的剩余污泥。由于剩余污泥處置處理方法存在各種弊端，污泥減量化技術(shù)受到了人們的關(guān)注。通過(guò)物理、化學(xué)、機(jī)械、生物、加熱法等手段將剩余污泥破解后回流到曝氣池等生物氧化系統(tǒng)被微生物降解，從而使整個(gè)污水處理系統(tǒng)向外排放的剩余污泥量達(dá)到最少，甚至達(dá)到零排放，從源頭上解決污泥的產(chǎn)量，從而達(dá)到“綠色生產(chǎn)”的目的[2]。本文在污泥減量化的基礎(chǔ)上綜述了剩余污泥零排放的各種技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，為今后在環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供有益的借鑒。

1  污泥零排放的生物方法

1.1  微生物隱性生長(zhǎng)作用下污泥的零排放

在生化處理中，微生物能使污水中有機(jī)碳在新陳代謝過(guò)程中轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物和新的有機(jī)生物體。其中的有機(jī)物質(zhì)溶解于水中，形成可被細(xì)胞重新利用的自底基質(zhì)。微生物以自底基質(zhì)作為生長(zhǎng)底物重復(fù)進(jìn)行新陳代謝可使總的污泥產(chǎn)量減少。由于很難與微生物對(duì)污水中原有基質(zhì)的利用相區(qū)分，微生物利用自底基質(zhì)的生長(zhǎng)被稱(chēng)為隱性生長(zhǎng)[3]。

有學(xué)者利用微生物隱性生長(zhǎng)作用，建立了污泥中微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和衰亡的動(dòng)態(tài)平衡[4]。他們將取自城市污水處理廠的活性污泥放置于一個(gè)1.8 L的容器里，馴化4周。每天注入COD為810 mg/L的人工廢水，使MLSS保持在11 000 mg/L，并在混合液中加入了鐵磁粉，借助磁力強(qiáng)制沉淀，增加污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。在條件下運(yùn)行的30 d內(nèi)，污泥濃度維持恒定，沒(méi)有剩余污泥產(chǎn)生，達(dá)到污泥零排放的目的。

1.2  生物捕食作用的污泥零排放

污水為微生物提供了理想的生存和繁殖環(huán)境，在污水中存在由各種微生物組成的復(fù)雜食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，食物鏈越長(zhǎng)，該傳遞過(guò)程的能量損失越大，而生物的產(chǎn)生量越小[5]。因此，促進(jìn)捕食細(xì)菌的微生物生長(zhǎng)，增加活性污泥系統(tǒng)中微生物食物鏈的長(zhǎng)度，是減少污泥產(chǎn)量的有效方法。在活性污泥系統(tǒng)中加入紅斑顠體蟲(chóng)或采用蚯蚓生態(tài)濾池來(lái)對(duì)污泥進(jìn)行代謝強(qiáng)化，使生物污泥在生物污水處理系統(tǒng)中被吸收，可實(shí)現(xiàn)污泥減量化，甚至零排放。

梁鵬等[6]在活性污泥反應(yīng)器中引入紅斑顠體蟲(chóng)以考察其生長(zhǎng)條件和對(duì)剩余污泥的減量效果以及對(duì)系統(tǒng)處理效果的影響。研究結(jié)果表明，SRT為15～34 d時(shí)對(duì)紅斑顠體蟲(chóng)的長(zhǎng)期生長(zhǎng)沒(méi)有影響；進(jìn)水COD 負(fù)荷＜0.6 mg/ (mgVSS·d) 時(shí)紅斑顠體蟲(chóng)可大量出現(xiàn)。不同SRT和進(jìn)水負(fù)荷條件下的污泥產(chǎn)率系數(shù)與反應(yīng)器中的紅斑顠體蟲(chóng)密度成負(fù)相關(guān)，對(duì)剩余污泥的減量比例為39%～58%。紅斑顠體蟲(chóng)的存在有利于改善污泥的沉降性能，且對(duì)COD、氨氮、TP的去除效果影響不大。

吳敏等[7]采用蚯蚓污泥穩(wěn)定床來(lái)處理剩余污泥得到了良好的效果。其研究表明，當(dāng)污泥負(fù)荷為0.28～0.42 kg/(m3·d)、COD負(fù)荷為0.32～0.48 kg/(m3·d)時(shí)，污泥穩(wěn)定床對(duì)剩余污泥的SS去除率可達(dá)99%以上，COD去除率均可達(dá)90%左右。這種技術(shù)在處理剩余污泥的過(guò)程中，可大大降低能耗，避免了二次污染。在長(zhǎng)期的生態(tài)循環(huán)中，蚯蚓的增殖和蚯蚓糞的積累不明顯，并解決了剩余污泥的最終處置問(wèn)題。

韓潤(rùn)平等[8]報(bào)道了利用蚯蚓等微型動(dòng)物共同組成的復(fù)合床生態(tài)濾池中試研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)生態(tài)濾池水力負(fù)荷為3.0 m3/(m2·d)， SS為0.18 kg/(m2·d)時(shí)，生態(tài)濾池能同時(shí)對(duì)未經(jīng)沉淀的出水和剩余污泥具有高效的處理和穩(wěn)定作用。COD和BOD5的去除率分別達(dá)到74%～87%和90%以上， SS去除率為90%以上。出水質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)剩余污泥產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了剩余污泥的零排放。

2  化學(xué)方法使污泥零排放

2.1 臭氧氧化結(jié)合的污泥零排放技術(shù)

臭氧氧化法是利用臭氧的強(qiáng)氧化性來(lái)達(dá)到污泥破解的目的，然后將破解后污泥回流到活性污泥生化處理系統(tǒng)。由于臭氧氧化比超聲波破解、熱處理和化學(xué)法等污泥破解技術(shù)的破解效率高，能耗低[9，10]，所以與臭氧氧化結(jié)合的一些工藝能夠?qū)崿F(xiàn)污泥零排放，并可用于工業(yè)化的實(shí)際應(yīng)用。

Yasui等[11]在20世紀(jì)90年代提出了臭氧氧化污泥減量工藝，然后對(duì)處理不同廢水的工藝進(jìn)行了一系列的可行性研究，在出水水質(zhì)沒(méi)有顯著惡化的情況下，這種工藝能做到污泥的零排放。在持續(xù)10個(gè)月的工業(yè)化規(guī)模處理制藥廢水的實(shí)驗(yàn)研究中，當(dāng)BOD負(fù)荷為550 kg/d，臭氧投加量為0.015 kg/kgSS時(shí)，通過(guò)臭氧氧化和生化處理，臭氧處理污泥量達(dá)到預(yù)計(jì)剩余污泥量的3.3倍時(shí)，活性污泥系統(tǒng)無(wú)剩余污泥排放，只是出水TOC比常規(guī)活性污泥法略高。

Sakai[12]將臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用于日本的Shima污水處理廠450 m3/d的城市污水活性污泥處理系統(tǒng)中。當(dāng)臭氧投加量為0.034 kg/kgSS、處理污泥量為預(yù)計(jì)剩余污泥量的4倍時(shí)，可以做到剩余污泥的完全減量。經(jīng)過(guò)5個(gè)月無(wú)剩余污泥排放的運(yùn)行，進(jìn)水中30%的無(wú)機(jī)物在污泥中有一定的積累，但沒(méi)有觀察到惰性有機(jī)物的積累。出水水質(zhì)除SS比未經(jīng)臭氧處理時(shí)高2～15 mg/L，其余指標(biāo)均無(wú)明顯變化。

Song等[13]報(bào)道了臭氧破解污泥技術(shù)與膜生物反應(yīng)器相結(jié)合，當(dāng)臭氧投加量為0.1g O3/gSS時(shí)，僅對(duì)每天產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行臭氧處理，就可以達(dá)到零污泥排放的效果，而且臭氧處理不會(huì)影響反應(yīng)器中COD的去除和脫氮除磷效果。此外，無(wú)機(jī)物在反應(yīng)器中的累積現(xiàn)象不明顯，出水水質(zhì)始終保持良好。

Lee等[14]也采用活性污泥系統(tǒng)與臭氧氧化結(jié)合的工藝在冬季連續(xù)運(yùn)行了112 d，沒(méi)有剩余污泥排放。在生物反應(yīng)器中的溫度為15 ℃時(shí)，每天投加臭氧的頻率在2 .5和2 .7之間，MLSS維持在5 000 mg/L左右，出水中SS和COD分別為10 mg/L和15 mg/L。反應(yīng)器中沒(méi)有無(wú)機(jī)物固體的積累，達(dá)到了污泥零排放的目的。

2.2  濕式氧化結(jié)合的污泥零排放技術(shù)

濕式氧化技術(shù)指在高溫高壓條件下，使用氧化劑(如氧氣、臭氧、過(guò)氧化氫等)把有機(jī)廢水中的有機(jī)物氧化為CO2、水以及其他小分子物質(zhì)的技術(shù)[15]。由于剩余污泥在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上與高濃度有機(jī)廢水十分相似，因此這種方法也可用于處理剩余污泥。將此法應(yīng)用到剩余污泥的處理方面是其最成功的應(yīng)用領(lǐng)域，目前有50% 以上的濕式氧化裝置應(yīng)用于剩余污泥的處理。

Shanableh A.等[16，17]研究發(fā)現(xiàn)，濕式氧化技術(shù)用于污泥破解處理時(shí)，可使氧化污泥生成揮發(fā)性脂肪酸(VFA)等易生物降解的小分子物質(zhì)。所以，污泥破解后可回流至好氧系統(tǒng)進(jìn)行隱性生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)污泥的零排 放[118，19]。

Graint等開(kāi)發(fā)的Minerails工藝[20]采用濕式氧化法破解污泥并實(shí)現(xiàn)了污泥零排放。該工藝受壓力和溫度影響較大，且反應(yīng)需要在高溫高壓下進(jìn)行，故要求反應(yīng)器材料耐高溫高壓及耐腐蝕，設(shè)備投資費(fèi)用高。

2.3  超臨界水氧化結(jié)合的污泥零排放技術(shù)

超臨界流體狀態(tài)是介于氣體和液體之間的一種特殊狀態(tài)。當(dāng)水的溫度和壓力超過(guò)臨界點(diǎn)(Tc= 374.3 ℃，Pc=22.05 MPa)時(shí)就形成一種超臨界流體。在超臨界條件下，無(wú)需機(jī)械攪拌，有機(jī)物、空氣（氧）和水均相混合開(kāi)始自發(fā)氧化，并且無(wú)需外界供熱，在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，99.99%以上的有機(jī)物能被迅速氧化成H2O、CO2、N2等其他小分子。

Svensson等系統(tǒng)研究了超臨界水氧化污泥的方法，在溫度374 ℃和22.1 MPa的壓力下，剩余污泥中的有機(jī)物幾乎被全部降解，處理后的污泥可再回用到生物曝氣池中進(jìn)行生化處理，基本達(dá)到無(wú)污泥排放。但是超臨界水氧化法需要的條件是高溫、高壓，對(duì)設(shè)備的防腐蝕要求較高[21]。

3  聯(lián)用技術(shù)條件下污泥的零排放

Yoon等[22]采用超聲波破解與MBR工藝結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)污泥零排放。MBR反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物負(fù)荷為  0.91 kg BOD/(m3·d)，污泥濃度保持在7 000～8 000 mg/L左右，在連續(xù)運(yùn)行28 d的過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)物的積累，但出水COD有所升高。目前，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，提高超聲效率和設(shè)計(jì)合理的超聲反應(yīng)器是超聲波應(yīng)用于污泥減量亟待解決的問(wèn)題。

阮志華[23]采用常溫兼氧酸化水解－生物反應(yīng)的新工藝，解決了有機(jī)廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的剩余污泥的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了污泥零排放。朱振超等[24]將好氧－沉淀－厭氧活性污泥工藝用于處理上海錦綸廠的廢水，剩余污泥達(dá)到零排放。這些工藝將污泥處理與廢水生物處理組合在同一系統(tǒng)，不僅操作管理方便，而且可提高原處理出水水質(zhì)，為有機(jī)廢水所產(chǎn)生的剩余污泥處置開(kāi)辟了新途徑。

曾紹瓊等[25]報(bào)道了一種由一個(gè)污泥的臭氧氧化段和一個(gè)生物處理段組成的名為“生物先導(dǎo)”的可以使污泥零排放的新系統(tǒng)。該系統(tǒng)能基本上消除剩余的污泥，出水水質(zhì)良好。在該工藝中，分次進(jìn)行臭氧處理，處理時(shí)pH值為3， 消耗臭氧量與處理污泥VSS的比是0.15 g O3/ g VSS。處理過(guò)的污泥中和后，大約1 d后連續(xù)返送到曝氣池。

王寶貞等[26]研制了淹沒(méi)式生物膜污水處理技術(shù)，并將其應(yīng)用到廣東省番禺市祈福新村生活污水處理廠，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的剩余污泥量很少，并定期從沉淀池向曝氣池前端回流污泥，基本實(shí)現(xiàn)了污泥的零排放。此技術(shù)在處理低有機(jī)物濃度的污水過(guò)程中表現(xiàn)出了能耗低、抑制污泥膨脹、提高泥、水分離效果等優(yōu)點(diǎn)，為以后的廣泛應(yīng)用奠定了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

4  結(jié)語(yǔ)與展望

污泥處置和處理是世界范圍內(nèi)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題，污泥如果處置不當(dāng)而隨意排放，不僅會(huì)造成資源和能源的浪費(fèi)，而且還會(huì)造成環(huán)境污染，危害人類(lèi)健康。剩余污泥在經(jīng)歷了無(wú)害化、資源化的階段后，現(xiàn)已進(jìn)入減量化階段，根據(jù)“清潔生產(chǎn)”的原則，對(duì)污泥的處置應(yīng)從源頭進(jìn)行控制。許多研究者已經(jīng)關(guān)注該方面的發(fā)展，并且已經(jīng)形成了一些較成熟的理論和技術(shù)。雖然目前的這些技術(shù)都存在著不同程度的問(wèn)題，但已經(jīng)為我們提供了一些很有前景的思路。由于科技不斷提高，能耗大、運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高、設(shè)備的腐蝕等問(wèn)題都有望得到進(jìn)一步解決，所以這些技術(shù)的應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的成熟，方法的改進(jìn)，污水處理系統(tǒng)中剩余污泥的零排放必將能夠?qū)崿F(xiàn)。

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