溶胞技术采用物理法、化学法、生物法及超声波技术，将剩余污泥破碎或可溶化，提高剩余污泥的可降解性，然后将破碎的剩余污泥重新回流到曝气池，通过活性污泥的代谢进行分解达到减少剩余污泥产量的目的，工艺简图见图9-12。根据污水生物处理工艺中微生物的代谢特性，污水中的有机物一部分被微生物分解提供其生命活动的能量，最终代谢为二氧化碳和水分等；另一部分用来增殖，将有机物转化为新的生物体。如果增长的生物体可以作为微生物的底物并重复上述代谢过程就可以减少污泥
的产生量。微生物基于自身细胞溶解形成的二次基质的生长方式称为隐性生长(crypticgrowth或death-regeneration)。隐性生长过程包括溶胞和生长，其中溶胞技术是整个工艺的关键，细胞溶解的速率、效率及稳定性，不仅关系到后续微生物的正常隐性生长，更直接决定了整个污泥减量工艺的运行成本。污泥溶胞是污泥降解的限速步骤，可以利用各种物理、化学和生物方法加速这一步骤。这种方法在工程上便于实现，只要在回流污泥管路上增加溶胞系统即可。

图9-12 物理、化学或生物作用处理剩余污泥

9.4.2.1 物理法溶胞技术

物理溶胞方法主要包括加热、机械破碎、超声破解等，其能耗较高，而且需要专门的设备，此外污泥菌体破解后，细胞壁碎片等生物难降解物进人污水中会引起出水中COD、SS有所增加，同时由于系统排泥量减少，如果单位排泥中的氮磷含量保持不变，出水中的氮和磷会增加。由Purac开发的Cambi工艺，通过高温水解过程使污泥中的有机成分从不溶解状态转化为溶解状态，使其可生物降解，从而使污泥产量减少。在挪威奥斯陆以北的Hamar 建立了一座Cambi工艺污泥处理厂，该厂由Cambi工艺、化学回收和烘干等过程组成。送入该厂的污泥量为1000t/月(20%总固体量)，经脱水后污泥量降至290t/月，经烘干和萃取后减少至66t/月，污泥量减少93%。

9.4.2.2 化学法溶胞技术

化学溶胞方法包括臭氧溶胞、过氧乙酸溶胞、氯气溶胞、热化学法等，其中臭氧研究最多。臭氧可以破坏细胞壁、细胞膜而使蛋白质、多聚糖、脂肪、核酸等从细胞中释放出来。间歇式臭氧氧化效果优于连续式，间歇式操作时臭氧投加量为9.0～11.0mg/(gSS·d)即可使污泥减量50%，而要达到同样的减量效果，连续式操作所需的臭氧投加量为30mg/(gSS·d)。率先研究的传统的活性污泥法结合臭氧化污泥减量证明，当曝气池中日臭氧投量为10mg/gMLSS时，剩余污泥的产量减少50%；此后利用SBR和污泥臭氧化及回流装置组成污水处理系统，当臭氧投加量为0.05g/gSS且污泥回流量为0.4L/(L·d)时，污泥观测产率可接近零，而且系统COD去除率、污泥沉降性能无明显变化。在现有的污泥减量技术中，臭氧氧化方法具有速度快、效率高的特点，可以实现连续运转6个月不排放剩余污泥，因此具有很强的吸引力。利用氯气对污泥进行减量的原理和臭氧相同，在氯的投加量为133mg/gML.SS时，污泥产生量减少了65%，但是污泥沉降性能恶化，同时出水COD含量增加。过氧乙酸(PAA)具有和臭氧相似的强氧化效果，而且价格低廉，产物无毒，易被微生物代谢，0.01%PAA溶液和污泥反应6h后，基本上不残留PAA和H₂O₂，其处理后的污泥混合液具有较好的生物可降解性。化学溶胞方法的缺点是：①系统出水SS浓度略高于传统活性污泥法，氮磷的去除效果不好，污泥沉降性能可能恶化；②投药不但对设备有一定的腐蚀作用，且系统的运行费用增加；③溶胞过程可能产生附加有机污染物，如氯气可能带来三氯甲烷(THMs)等氯代有机物；④回流到曝气池的基质，需要增加曝气量，因此动力费用会增加；⑤污泥中重金属含量由于长期不排泥而积累，与传统活性污泥法相比有一定增加。

热化学法是指在一定的温度下将强酸或强碱加入到污泥处理系统中，强酸或强碱可溶化细胞壁，使得细胞内的物质泄出，然后将污泥回用到水处理系统中，使其能够容易被其他活性污泥所利用。不同研究表明，CODcr的释放分为两个步骤，第一步比较迅速，第二步则相对较慢。相同pH条件下，H₂SO₄的溶胞效果要优于HC1，NaOH的效果要优于KOH；在改变相同pH条件下，碱的效果要好于酸，这可能是由于碱对细胞的磷脂双分子层的溶解要优于酸的缘故。不过该工艺同样存在明显的缺点，高温和热-化学处理须维持高温和高pH，因而对设备具有腐蚀性，对设备材料要求高，从而大大增加了操作成本；此外，热处理过程会产生大量臭气，因此很难实现工业化。

9.4.2.3 生物法溶胞技术

生物溶胞方法是通过投加能分泌胞外酶的细菌或酶制剂和抗生素对细菌进行溶胞。酶一方面能够溶解细胞，同时还可以使不容易生物降解的大分子有机物分解为小分子物质，有利于细菌对二次基质的利用。投加的细菌可以从消化池中选取，也可以从溶菌酶方面考虑，甚至包括特殊的噬菌体和能分泌溶菌物质的真菌。虽然生物溶胞方法环境友好，但是酶制剂或抗生素费用昂贵。

9.4.2.4 超声波

超声波是指频率从20kHz到10MHz范围内的声波，具有频率高、方向性恒定、穿透力强、能量集中的特点。超声技术是近二十年来新兴的环境友好技术，具有设备简单、运行稳定、无二次污染等优点。超声波用于水工业较早，低强度的超声波通常用于测量流量，而将超声波用于污泥减量是一个全新的领域。超声波通过交替的压缩和扩张作用产生空穴作用，在溶液中这个作用以微气泡的形成、生长和破裂来体现，以此压碎细胞壁，释放出细胞内所含的成分和细胞质，以便进一步降解。超声波细胞处理器能加快细胞溶解，用于污泥回流系统时，可强化细胞的可降解性，减少了污泥的产量；用于污泥脱水设备时，有利于污泥脱水和污泥减量。污泥经超声波处理后，溶解性CODcr，显著增加，如果再进入好氧池能大量被微生物降解。但尚需解决以下几个方面的问题：①优化运行参数，尤其是针对难降解和实际多组分模拟物系开展研究；②提高超生效率，目前仍存在处理量小、费用高的问题；③设计合理的超生反应器，反应器的放大设计及过程放大等尚需进一步深入的工作。

相关链接：污泥常规处理处置方法

文章来源：《水处理新技术、新工艺与设备》

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