寡毛類(lèi)生物捕食污泥減量作用研究

鄭　新　章　翼

摘要:生化法處理城市廢水產(chǎn)生大量的剩余污泥,活性污泥中含有大量有機(jī)質(zhì),其中包括大量的細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物。后生動(dòng)物尤其寡毛類(lèi)后生動(dòng)物在生物捕食污泥減量化的研究日趨增多。生物捕食即微型動(dòng)物以細(xì)菌等有機(jī)質(zhì)為食,增強(qiáng)污泥內(nèi)部能量消耗,從而達(dá)到減少細(xì)菌數(shù)量,降低污泥產(chǎn)率的目的。文章針對(duì)生物捕食在污泥減量作用研究進(jìn)展,突出生物捕食技術(shù)在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:寡毛類(lèi)生物;污泥減量;生物捕食;活性污泥

中圖分類(lèi)號(hào):X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0127-02

一、概述

污水生物處理的弊端就是會(huì)產(chǎn)生大量生物污泥,以完全混合式活性污泥法為例,一般產(chǎn)泥率在0.3～0.5gMLVSS/gBOD。污泥終端處置一般采用土地填埋、土地利用、焚燒發(fā)電等。從處理到處置,污泥運(yùn)行費(fèi)用一般占污水處理廠運(yùn)行總費(fèi)用的40%(烘干)～65%(焚燒)左右。但由于當(dāng)今土地資源緊缺,而傳統(tǒng)污泥處置方法容易產(chǎn)生二次污染、成本越來(lái)越高,所以謀求在污水生化處理的終端或者過(guò)程中實(shí)現(xiàn)污泥減量越來(lái)越受到人們的重視。目前污泥減量化研究主要其中在物理法、化學(xué)法和生化法三個(gè)方面。物理法包括熱解、超聲波法、壓力法等;化學(xué)法包括利用臭氧、化學(xué)解聯(lián)耦劑、投加強(qiáng)氧化性物質(zhì)、投加酸堿等;生物方法主要集中于投加生物工程酶,生物處理工藝上的改進(jìn),如OSA工藝、淹沒(méi)式生物膜工藝法、MBR法等,以及利用生物捕食的方法達(dá)到污泥減量目的。物理、化學(xué)方法的聯(lián)用能有效的實(shí)現(xiàn)污泥減量化,一般減量化程度達(dá)到30%～90%。本文以生物捕食污泥減量作用闡述生物捕食法污泥減量研究現(xiàn)狀。

一般認(rèn)為通過(guò)細(xì)菌→原生動(dòng)物→后生動(dòng)物的食物鏈捕食是生物捕食降低污泥產(chǎn)量的理論依據(jù),即通過(guò)能量從低級(jí)向高級(jí)傳遞時(shí)大部分能量損失于生物體的生命活動(dòng),在一定條件下使能量損失最大化從而實(shí)現(xiàn)污泥減量最優(yōu)化。目前研究集中于原生動(dòng)物,如纖毛蟲(chóng)(Ciliate),和后生生物,如輪蟲(chóng)(Rotifers)、寡毛類(lèi)(Oligochaeta)、卷貝(Phusa Acuta)等,而原生動(dòng)物的污泥減量效果不明顯,本文不做介紹。

二、寡毛類(lèi)

寡毛類(lèi)蠕蟲(chóng)是活性污泥中觀察到的最大后生動(dòng)物,可能比其它原后生動(dòng)物具有更大的污泥減量能力。所以,近來(lái)人們對(duì)污水生物處理系統(tǒng)中寡毛類(lèi)蠕蟲(chóng)的污泥減量效果進(jìn)行了愈來(lái)愈多的關(guān)注。寡毛類(lèi)后生動(dòng)物分布非常廣,不管在淡水還是在內(nèi)陸鹽水湖中都有它們的蹤跡。它們控制著河流群落生境,在河水中占有50%～60%,在底泥中更能達(dá)到100%。寡毛類(lèi)后生動(dòng)物也是水體污染的重要指示性生物,一般不同的水體存在不同種類(lèi)的寡毛類(lèi)后生動(dòng)物。應(yīng)用于污泥減量化作用的寡毛類(lèi)包括小型的紅斑顠體蟲(chóng)(Aeolosoma hemprichi)以及中型的仙女蟲(chóng)(Naididae)、顫蚓(Tubifex)和大型的蚯蚓(Earthworm)等。此外還有帶絲蚓(Lumbriculus Variegatus)等應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究,將來(lái)寡毛類(lèi)污泥減量研究提供參考。

(一)紅斑顠體蟲(chóng)(Aeolosoma hemprichi)

紅斑顠體蟲(chóng)是活性污泥中體型較大、分化較高級(jí)的一種多細(xì)胞動(dòng)物。它口前葉圓而寬,口在腹側(cè)如吸盤(pán),上有纖毛,為捕食器官;身體分支不明顯,每體節(jié)背腹有4束剛毛,體表有綠色或黃色油點(diǎn)。研究表明,在合建式曝氣池中,不同污泥齡(15～34d)條件下,紅斑顠體蟲(chóng)均可對(duì)污泥進(jìn)行減量,相對(duì)減量值為39%～58%,污泥減量的相對(duì)值在污泥負(fù)荷較小時(shí)要大于污泥負(fù)荷較高時(shí),污泥減量的絕對(duì)值在污泥負(fù)荷較大時(shí)要大于污泥負(fù)荷較小時(shí)。也發(fā)現(xiàn)當(dāng)F/M小于0.7mg-COD·(mg-VSS·d)-1時(shí),紅斑螵體蟲(chóng)大量出現(xiàn),并且對(duì)氨氮和總磷的去除效果沒(méi)有明顯影響,同時(shí)增強(qiáng)了污泥的沉降性能。研究表明,采用膜生物反應(yīng)器(MBR)和活性污泥法(CAS)兩種工藝經(jīng)接種紅斑螵體蟲(chóng)連續(xù)運(yùn)行345天發(fā)現(xiàn):紅斑顠體蟲(chóng)在CAS工藝中比在MBR中生長(zhǎng)的更好,使CAS中的產(chǎn)泥率僅僅為0.17KgMLSS/KgCOD,SVI降至60mL/g。在紅斑顠體蟲(chóng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的情況下對(duì)基本出水水質(zhì)沒(méi)有影響。

(二)顫蚓(Tubifex)

顫蚓一般出現(xiàn)于水中污染負(fù)荷較低的生物濾池末端,同時(shí)也是河湖底泥污染的指示生物。將顫蚓接種到有塑料載體的活性污泥曝氣池中,剩余污泥量0.40gMLSS/gCOD下降到0.15gMLSS/gCOD。由于污泥頻繁地通過(guò)蚓類(lèi)的腸道,污泥特征大大改變,SVI從90下降到45,污泥的脫水性提高了27%。采用直接投加顫蚓至活性污泥混合液的方法,實(shí)現(xiàn)顫蚓攝食效率研究表明:顫蚓在投加初始階段具有強(qiáng)大的攝食能力,比減速率高達(dá)0.31mg·(mg·d)-1,但隨時(shí)間的推移比減速率降低;將顫蚓攝食與厭氧消化結(jié)合對(duì)污泥進(jìn)行減量,可在2d左右使污泥減量比例提高至30%,減量比速率0.25mg·(mg·d)-1。采用一體式豎直流氧化溝與顫蚓反應(yīng)器結(jié)合處理外排污泥與回來(lái)污泥的兩段式研究表明:顫蚓反應(yīng)器處理外排污泥時(shí)污泥總量下降46.4%;使用顫蚓反應(yīng)器處理回流污泥后可使系統(tǒng)產(chǎn)泥量降至6.19×10-5KgSS/KgCOD;同時(shí)不改變系統(tǒng)污泥粘度、電阻率和污泥顆粒粒徑。利用CAS工藝與回流污泥經(jīng)顫蚓反應(yīng)器減量后回流的研究表明:顫蚓的污泥捕食率大約為0.18～0.81mgVSS·(mg蟲(chóng)體·d)-1,顫蚓反應(yīng)器的污泥減量能力650～1080mg-VSS·(L·d)-1,顫蚓在反應(yīng)器中的最佳濃度是2500mg/L,當(dāng)顫蚓濃度大于3300mg/L將影響污泥SVI值,顫蚓作用后對(duì)系統(tǒng)出水COD、氨氮去除沒(méi)有明顯影響,總磷去除率略微降低。

(三)蚯蚓(Earthworm)

蚯蚓生長(zhǎng)在土壤中,以土壤中微生物為食,接種蚯蚓于以污泥為主的腐殖質(zhì)中轉(zhuǎn)化有機(jī)肥料研究表明蚯蚓具有污泥減量化作用。可采用微生物-人工生態(tài)系統(tǒng)對(duì)剩余污泥做穩(wěn)定化處理,進(jìn)入生態(tài)床的剩余污泥絕大部分可被蚯蚓生態(tài)濾床吸收和穩(wěn)定。當(dāng)污泥負(fù)荷為0.28～0.42Kg·(m3·d)-1、COD負(fù)荷為0.32～0.48Kg·(m3·d)-1時(shí),SS去除率可達(dá)99%以上,COD去除率均可達(dá)到90%左右。該系統(tǒng)可以將全部剩余污泥轉(zhuǎn)化成少量增值的蚯蚓和蚓糞,而蚯蚓可作為農(nóng)牧業(yè)飼料,蚓糞可作為高效農(nóng)肥和土壤改良劑,達(dá)到污泥減量最優(yōu)化目的。采用蚯蚓生物濾池(BVF)處理城市生活污水,該系統(tǒng)有較強(qiáng)的COD、BOD和SS去除能力,且還具有較強(qiáng)的污泥分解能力,只有極少的污泥排放量。利用集物理過(guò)濾、吸附、好氧、厭氧和污泥堆肥為一體的綠色生態(tài)濾池引入蚯蚓處理城市污水的研究表明:使用該系統(tǒng)可得到與活性污泥法相當(dāng)?shù)奶幚硇Ч?同時(shí)污泥產(chǎn)率最大可達(dá)到2mg/L,是活性污泥法的1/20～1/30。

(四)仙女蟲(chóng)(Naididae)

仙女蟲(chóng)蟲(chóng)體較細(xì),一般具鰓,具有比紅斑螵體蟲(chóng)、顫蚓等更具抗污能力,是水體富營(yíng)養(yǎng)化的優(yōu)勢(shì)種群。活性污泥法自生污泥減量因素研究表明,仙女蟲(chóng)比紅斑螵體蟲(chóng)更具污泥減量能力,但當(dāng)仙女蟲(chóng)占優(yōu)勢(shì)時(shí),處理系統(tǒng)磷去除率略微升高,影響出水水質(zhì)。在深圳市布吉河水質(zhì)凈化廠生化系統(tǒng)中,多次出現(xiàn)仙女蟲(chóng)大爆發(fā),嚴(yán)重影響出水水質(zhì),其中主要是指鰓尾盤(pán)蚓(Dero Digitata)為主。通過(guò)四個(gè)活性污泥模型檢驗(yàn)啞口仙女蟲(chóng)(Naiselinguis)對(duì)活性系統(tǒng)的影響表明,水溫是控制仙女蟲(chóng)生長(zhǎng)的因素;有大量仙女蟲(chóng)存在的情況下,污泥減量率可達(dá)到25%～50%。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)階段生物污泥產(chǎn)量的提高,污泥減量方法與技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步深入。生物捕食法降低污泥產(chǎn)率還將是污泥減量化研究的重要方向,寡毛類(lèi)后生動(dòng)物具有污泥減量的作用已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同和部分應(yīng)用,其在活性污泥中的生長(zhǎng)特性、減量機(jī)理和控制因素將是今后研究的主要方面,也是本方法大量工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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[2]王琳,王寶貞.污泥減量技術(shù)的新進(jìn)展[J].污染防治技術(shù),2000,(1).

作者簡(jiǎn)介:鄭新(1968-),男,浙江溫州人,溫州市環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)科學(xué)研究院高級(jí)工程師,研究方向:環(huán)境保護(hù)與規(guī)劃。