印染廢水生物處理中剩余污泥的處理和處置
印染廢水因含有大量的染料、漿料、表面活性劑和堿劑等組分，具有色度大、有機物濃度高、堿性強和水質水量變化大等特點，是極難處理的工業廢水之一。國內外對印染廢水的處理手段主要有物理法、化學法和生物法。物理法和化學法不僅不能完全去除有機污染物和化學藥劑，而且還會造成廢棄物堆積和二次污染。用生物處理法去除有機物則效果好、費用低，但對色度的去除不夠理想。目前對印染廢水的處理基本采用物化法與生物法結合。活性污泥法是應用最為廣泛的印染廢水生物處理技術之一。該方法具有很多優點，但是會產生大量的剩余污泥，其數量約占處理水量子力學0.3-0.5%(含水率以97%計)。
傳統的污泥處理方法投資和運行成本非常巨大，其投資成本占污水處理廠總成本的12-30%，運行成本占污水處理廠總運行費用的20-50%，給污水處理帶來沉重的負擔。
目前，污泥處置大多采用土地利用、堆肥、焚燒、降生填埋和海洋傾倒等方法。這些方法都存在一定的弊端。針對我國印染廢水生物處理中產生大量剩余污泥的現有關方面，研究污泥減量化機理，以及開發高效、節能的污泥處置工藝，對解決剩余污泥處置這個世界性難題無疑具有積極的意義。
一、剩余污泥一般處置方法
1、土地利用
土地利用是目前使用最廣泛的剩余污泥處置方法之一，剩余污泥中含有豐富的有機物和N、P、K等營養元素，同時還含有植物生物所必需的Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等微量元素。因此，污泥作為農作物或園林，既可改良土壤結構，又能提供養分、促進植物生長。土地利用在歐美發達國家的剩余污泥處置中所占的比重很大，在中國，這一工作也開展得比較早。但由于印染工藝要使用染料、漿料和助劑，其廢水生物處理剩余污泥中含有一定量的重金屬元素和病毒、病原菌、寄生蟲卵等有害物質。重金屬含量較高的污泥施于農田，會通過食物鏈與生物生鏈的傳遞，對人類產生毒害作用，因此控制污泥中重金屬離子的毒副作用，系統研究污泥的物征、控制污泥施用條件、限制污泥的施用總量是十分必要的。
2、焚燒
在發達國家，大約10.5%的剩余污泥采用焚燒進行處理。污泥焚燒的優勢在于可以迅速和較大程度地減少污泥體積，有效解決其它方法中污泥占用大量空間的缺陷，這對于日益緊張的土地資源是很重要的。但是我國印染廢水污泥中有機物的含量相對較低，如果采用焚燒法處置，需要消耗大量能源，導致設備和運行費用較高，并產生大量的廢氣，若不嚴格處理還會造成二次污染。
3、衛生填埋
據資料報道，在發達國家，大約38%的剩余污泥采用衛生填埋的方法進行處理。由于污泥填埋方法簡單，費用低廉，我國一般也采用此法。但填埋一方面會侵占大量土地，另一方面由于污泥中含有一定的有毒物質，填埋不當，有可能由于滲濾液的滲出而污染地下水，產生二次污染。
二、剩余污泥處理新技術
近年來，隨著紡織工業的迅速發展，印染廢水排放量不斷加大，所產生的剩余污泥量也越來越多，且給分更趨復雜，在污泥處理與資源化利用中不可避免地會出現二次污染，造成新的環境問題。隨著科學技術的發展，污泥處置新技術也不斷涌現。
1、濕式氧化法
濕式氧化法(WetAirOxidation，簡稱WAO法)是一種物理－化學法，在高溫(臨界濕度為150-370℃)和一定壓力下，采用這種方法處理高濃度有機廢水和不易生化的廢水十分有效。由于剩余污泥在物質結構上與高濃度有機廢水十分相似，因此這種方法也可用于處理剩余污泥。
用WAO法處理剩余污泥，反應溫度對總COD的降解效果影響很大。在300℃和30min的停留條件下，總COD可去除80%。反應溫度對剩余污泥氧化作用的影響大于溶解氧濃度變化對剩余污泥氧化作用的影響。在特定的溫度和壓力下，總COD變成可溶性有機物主要取決于氧化時間。在這一過程中，82%的COD降解，18%的COD以非溶性形式存在;70%以上的MLSS(混合溶液懸浮物固體)被去除，且使MLVSS（混合液中可揮發懸浮物固體）與MLSS的比率明顯降低。
WAO法處理印染廢水剩余污泥效果十分明顯，但由于需在高溫和高壓條件下反應，設備復雜，運行和維護費用高，適用于大、中型污水處理廠。
２、超聲波處理技術
利用的超聲波（100Hz以下）降解印染廢水中的污泥，是近年來發展起來的一種新型技術。污泥可以被由超聲空化引起強大的水力剪切分解，細胞壁破碎，釋放出細胞內所含的組分和細胞質，以進一步降解。超聲波具有無污染、能量密度高和分解速度快等特點，用于污泥回流系統，可以減少污泥的產量。但超聲波應用于污泥處理的機理、運行參數的優化以及與污水處理工藝的合理組合等仍需進一步研究。
３、高速生物反應器
高速生物反應器技術是在利用土壤處理污泥的基礎上發展起來的。利用土壤中的微生物處理污泥，由于系統是開放的，因而會受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時間和區域受到一定的限制。美國SWEC公司自20世紀80年代開始研制開發高速生物反應器，該技術將污泥的脫水、消化和干化相結合，使土壤處理的整個過程在一個封閉的循環系統中進行。Texaco公司經過近二十年的研發，使高速生物反應器技術逐步成熟，并得以推廣。整個操作系統的核心部分是生物反應器，它由兩個區域組成，上半部分是污泥與土壤相混合的區域，使污泥負荷達到均一化，污泥中的有機組分在這一區域中被降解;下半部分是氣、液分離區，使液體不滯留于土壤中，以增加氧的傳遞率。高負荷率的污泥通過該系統處理，有機組分將降解70-80%，懸浮固體濃度去除率達45-60%。
與其它生物處理技術相比，該系統所需能量較少，可以連續運行，并能保持最佳溫度以利于微生物的降解，特別適合于受自然條件限制或土壤濕度大的污泥處理過程。從沉淀池排出5000-30000mg/L濃度的污泥都可以直接進入該系統中，而不需要任何預處理。
由于高速生物反應器在常溫常壓下運行，所以對反應器的構造要求不是很高，因此，這種方法在印染廢水剩余污泥的處置中得到廣泛應用。
4、利用礦山采空區消納剩余污泥
我國人口眾多，土地資源短缺，為緩解這一矛盾，人們可以利用剩余污泥對礦山廢棄地進行有效充填和復墾。
礦山（如煤礦、鐵礦等）歷經多年的開采，形成了大面積的采空區，如果不及時有效地充填，會導致大規模的地表塌陷和山體滑坡等地質災害，造成農田、道路和建筑等設施的破壞。如果能將剩余污泥處理與礦山采空區的充填結合起來，將有助于污泥處置成為一種新的“綠色希望工程產業”，也有助經濟社會可持續發展。城市污泥作為一種廢棄物，雖然有一定的污染物，但它同時也是一種良好的有機肥料資源。對廢棄的礦山地表施用剩余污泥，一方面輸入了大量的有機質和礦質養料，有利于促進土壤中原有微生物的活動和繁殖;另一方面又因其自身是微生物群體組成的活性污泥，大大提高了土壤微生物的數量。
三、在系統運行中實現污泥減量化
污泥減量化是20世紀90年代提出的新概念，是對剩余污泥資源化基礎上進一步提出的要求。減量化是通過物理、化學、生物等手段，主要依靠降低微生物產率，以及利用微生物自身內源呼吸進行氧化分解等，使整個污水處理系統向外排放的生物固體量達到最少，所以減量化從根本上實現污泥的減少。
將“清潔生產”的理念運用到剩余污泥處置中，實現從源頭上進行治理的“綠色生產”，真正實現印染廢水處理的良性運行，防止廢水處理中出現二次污染，使污水治理更具有環境效益。
1、膜生物反應器
膜生物反應器(MBR)是由膜分離和生物處理組合而成的一種新型、高效的污水處理技術。1969年，美國的Smith首次報道了Dorr-Oliver公司將活性污泥法和超濾工藝結合處理城市污水的方法。其引人注目之處在于用膜分離技術取代常規的活性污泥二沉池富集生物，而不用回流循環來增加曝氣池中的微生物濃度，效果較好。
膜生物反應器由于具有高截留率，并可將濃縮液回流到生物反應器內，使反應器中具有很高的微生物濃度和相對較低的污泥負荷，并有很長的污泥停留時間，可使大部分有機物被降解。特別一體式膜生物反應器，具有出水水質好、容積負荷高、占地面積小、剩余污泥產量低和操作管理方便等優點，被廣泛采用。
膜污染和目前高昂的投資費用，是影響膜生物反應器進一步推廣應用的主要因素。隨著材料科學技術的發展，膜材料和膜組件的費用會逐步降低，但今后膜污染依舊是膜生物反應器推廣應用的障礙。
2、臭氧法
臭氧法將活性污泥與臭氧化技術相結合，在傳統的活性污泥工藝中增加一套臭氧處理裝置，對產生的污泥進行臭氧化，然后輸回到反應器中。
在此工藝中，剩余污泥的消化和廢水處理在一個曝氣池中同時進行。污泥內的微生物經過臭氧氧化成為有機物質，隨后在生物處理中被降解。臭氧可破壞不容易被生物降解的細胞膜等，使細胞內物質能較快地溶于水中;同時，臭氧還要氧化不容易水解的大分子物質，使其更容易為微生物所利用。Yasui等研究表明，當曝氣池中的臭氧劑量為10mg/(gMLSS.d)時，剩余污泥產量可減少50%;達至20mg/(gMLSS.d)時，則無剩余污泥產生。有研究表明，臭氧處理污泥的循環率保持在30%左右，是保證“零”污泥的條件，即由臭氧處理過約1/3的污泥在曝氣池內被生物無機化（氣體化），則殘余的2/3又變換為活性污泥。因此，只要操作得當，可使印染廢水處理過程中凈增污泥量與無機化污泥量相等，從而達到無剩余污泥的目的。
3、微生物捕食法
印染廢水生物處理法中的廢水為微生物提供了理想的生存和繁殖場所，沒有一種單一的微生物能夠利用污水中存在的全部眾多的化合物作為底物，因此可建立由多種微生物組成的復雜的生態系統，形成細菌→原生動物→后生動物食物鏈。在食物鏈的最高端污泥被轉化為能量、水和二氧化碳，從而使污泥量減少。Janssen等人的常規活性污泥工藝中投加和不投加后生動物，以及加設和不加設填料載體的對比研究發現，利用混合液懸浮固體(MLSS)濃度計算，在蠕蟲存在下，污泥產量為0.15gMLSS/gCOD;而在正常運行條件下，污泥產量為0.40gMLSS/gCOD。
由于常規的曝氣池不利于食物鏈的建立，不能真正實現污泥的減量。若將傳統方法進行改進，創造適合微生物生長的環境，促進它們對細菌的捕食，提高污水礦化度，可以最大限度減少污泥量。
目前采用在曝氣池中直接接種微生物和兩段法。王寶貞等開發的淹沒式生物膜污水處理新技術，采用固定式載體填料，增加了原生動物和后生動物在曝氣池中的數量，有效減少了剩余污泥的產量。小試研究表明，其剩余污泥產量僅為常規活性污泥法的1/10-1/5。微生物捕食法能大大減少污泥量，最高可達80%。
4、利用水解酸化工藝對污泥進行內消化
水解酸化工藝通過控制水力停留時間，使反應進行到第二階段結束，從而將水解階段和酸化階段從厭氧的整個過程中分離出來。水解、酸化細菌絕大多數為兼性菌，它們對環境的要求很寬松。水解酸化系統中的兼性微生物主要功能是水解和產酸，其對顆粒狀的剩余污泥，尤其是對剩余污泥中活性細胞的肽聚糖細胞壁有較強的水解能力。所以，在溫和條件下采用水解酸化工藝處理剩余污泥，將細菌細胞壁水解，釋放出細胞的內容物，并將大分子的細胞物質降解為兩個或三個碳的小分子物質，從而有效地“液化”剩余污泥，是實現剩余污泥減量化的有效途徑，可以做到“污泥零排放”的印染廢水處理。
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