水解酶对活性污泥工艺污泥减量的作用机制及其应用研究

针对目前国内外污泥减量技术存在的问题，本项目提出在不改变现有活性污泥工艺流程的前提下，通过水解酶的作用在污泥产生过程（即污水处理过程）和产生后的外排剩余污泥两方面同时实现污泥的减量。研究水解酶对活性污泥工艺污泥减量的作用机制；考察水解酶的调控作用下实现污泥减量时，对污泥的脱水性能及污水处理综合效果的影响。本研究的原理是，利用水解酶的催化分解作用使活性污泥中的死亡细胞破解，细胞内的大分子营养物质进入液相，并进一步分解成溶解性可降解小分子物质，从而被其它微生物降解利用；此外，通过向外排剩余污泥中加入水解酶来破解细胞，释放胞内水分以利于外排剩余污泥的脱水减量。从理论上分析，该方法相对于现有的污泥减量技术，具有高效且无二次污染的特点。本项目研究有望拓展污泥减量的研究领域，丰富和深化对污泥减量技术作用机制的认识，开发出一种在活性污泥工艺中具有应用价值的高效环保的污泥减量新技术。

本课题研究了水解溶菌酶对SBR和连续式活性污泥实验系统剩余污泥的减量和污水厂外排剩余污泥的脱水效果。研究表明，溶菌酶对SBR活性污泥系统污泥减量效果显著：相对于参照池每天350mg/L的剩余污泥外排量，加酶后的3-33d内，剩余污泥外排量为0；在其后直到实验结束的20d内，剩余污泥外排量仅为对比池的一半。溶菌酶对连续运行的活性污泥系统，尤其在低污泥负荷条件下，也具有明显的污泥减量效果：酶投加后的21-90d内累计减少剩余污泥排放50%。溶菌酶的投加后对活性污泥系统污水处理效果总体影响不大，COD能够高效降解，出水TP、TN均能达到国家标准。溶菌酶的投加可以提高活性污泥系统中污泥比氧气吸收速率、脱氢酶活性、微生物产能能力和有机成分的含量，能有效降解有机污染物，加快其内源代谢，削减剩余污泥产量。由于投加溶菌酶促使了聚磷菌在厌氧条件下的水解，造成了污泥磷的释放，从而使活性污泥系统出水的TP高于对比系统。聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析表明：溶菌酶对SBR系统微生物群落多样性改变总体上不明显，但原先存在的一些非优势微生物由于对溶菌酶具有一定的适应能力，并能够有效利用酶化污泥所释放出来的营养物质而逐步成为酶反应池内的优势微生物。溶菌酶对污水厂外排剩余活性污泥脱水性能的提高十分显著，投加适量的溶菌酶，能够使污泥抽滤泥饼含水率最高下降32%，污泥SRF和CST最高分别降低了83%和59%。这是由于溶菌酶溶胞作用使污泥结构破坏，污泥内部结合水被释放成较易去除的自由水，解聚的EPS物质脱离活性污泥颗粒的表面，降低了EPS对污泥的水合作用，促使污泥脱水。同时，细胞内部和菌胶团吸附的有机物也被释放，这表现为污泥上清液中COD浓度增加。溶菌酶促进污泥脱水作用影响因素研究表明：酶促反应高效、迅速且适应性强，表现为实验条件下搅拌方式及反应时间对其反应无明显影响，并在pH3-9、温度10-40℃时，反应仍能高效进行。溶菌酶促进污泥脱水影响因素作用大小如下：酶投加量>反应温度>反应pH>反应时间>搅拌强度。溶菌酶和絮凝剂共同作用于污泥脱水时，污泥沉降性能、脱水速度高且脱水程度能进一步提高。絮凝剂和溶菌酶联用时，先投加絮凝剂效果更好；最佳投加量为：2mL絮凝剂+5%溶菌酶，此时污泥抽滤泥饼含水率和比阻与原泥相比分别下降11.53%和73.12%。