印染废水生物处理中剩余污泥的处理和处置
印染废水因含有大量的染料、浆料、表面活性剂和碱剂等组分，具有色度大、有机物浓度高、碱性强和水质水量变化大等特点，是极难处理的工业废水之一。国内外对印染废水的处理手段主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法不仅不能完全去除有机污染物和化学药剂，而且还会造成废弃物堆积和二次污染。用生物处理法去除有机物则效果好、费用低，但对色度的去除不够理想。目前对印染废水的处理基本采用物化法与生物法结合。活性污泥法是应用最为广泛的印染废水生物处理技术之一。该方法具有很多优点，但是会产生大量的剩余污泥，其数量约占处理水量子力学0.3-0.5%(含水率以97%计)。
传统的污泥处理方法投资和运行成本非常巨大，其投资成本占污水处理厂总成本的12-30%，运行成本占污水处理厂总运行费用的20-50%，给污水处理带来沉重的负担。
目前，污泥处置大多采用土地利用、堆肥、焚烧、降生填埋和海洋倾倒等方法。这些方法都存在一定的弊端。针对我国印染废水生物处理中产生大量剩余污泥的现有关方面，研究污泥减量化机理，以及开发高效、节能的污泥处置工艺，对解决剩余污泥处置这个世界性难题无疑具有积极的意义。
一、剩余污泥一般处置方法
1、土地利用
土地利用是目前使用最广泛的剩余污泥处置方法之一，剩余污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素，同时还含有植物生物所必需的Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等微量元素。因此，污泥作为农作物或园林，既可改良土壤结构，又能提供养分、促进植物生长。土地利用在欧美发达国家的剩余污泥处置中所占的比重很大，在中国，这一工作也开展得比较早。但由于印染工艺要使用染料、浆料和助剂，其废水生物处理剩余污泥中含有一定量的重金属元素和病毒、病原菌、寄生虫卵等有害物质。重金属含量较高的污泥施于农田，会通过食物链与生物生链的传递，对人类产生毒害作用，因此控制污泥中重金属离子的毒副作用，系统研究污泥的物征、控制污泥施用条件、限制污泥的施用总量是十分必要的。
2、焚烧
在发达国家，大约10.5%的剩余污泥采用焚烧进行处理。污泥焚烧的优势在于可以迅速和较大程度地减少污泥体积，有效解决其它方法中污泥占用大量空间的缺陷，这对于日益紧张的土地资源是很重要的。但是我国印染废水污泥中有机物的含量相对较低，如果采用焚烧法处置，需要消耗大量能源，导致设备和运行费用较高，并产生大量的废气，若不严格处理还会造成二次污染。
3、卫生填埋
据资料报道，在发达国家，大约38%的剩余污泥采用卫生填埋的方法进行处理。由于污泥填埋方法简单，费用低廉，我国一般也采用此法。但填埋一方面会侵占大量土地，另一方面由于污泥中含有一定的有毒物质，填埋不当，有可能由于渗滤液的渗出而污染地下水，产生二次污染。
二、剩余污泥处理新技术
近年来，随着纺织工业的迅速发展，印染废水排放量不断加大，所产生的剩余污泥量也越来越多，且给分更趋复杂，在污泥处理与资源化利用中不可避免地会出现二次污染，造成新的环境问题。随着科学技术的发展，污泥处置新技术也不断涌现。
1、湿式氧化法
湿式氧化法(WetAirOxidation，简称WAO法)是一种物理－化学法，在高温(临界湿度为150-370℃)和一定压力下，采用这种方法处理高浓度有机废水和不易生化的废水十分有效。由于剩余污泥在物质结构上与高浓度有机废水十分相似，因此这种方法也可用于处理剩余污泥。
用WAO法处理剩余污泥，反应温度对总COD的降解效果影响很大。在300℃和30min的停留条件下，总COD可去除80%。反应温度对剩余污泥氧化作用的影响大于溶解氧浓度变化对剩余污泥氧化作用的影响。在特定的温度和压力下，总COD变成可溶性有机物主要取决于氧化时间。在这一过程中，82%的COD降解，18%的COD以非溶性形式存在;70%以上的MLSS(混合溶液悬浮物固体)被去除，且使MLVSS（混合液中可挥发悬浮物固体）与MLSS的比率明显降低。
WAO法处理印染废水剩余污泥效果十分明显，但由于需在高温和高压条件下反应，设备复杂，运行和维护费用高，适用于大、中型污水处理厂。
２、超声波处理技术
利用的超声波（100Hz以下）降解印染废水中的污泥，是近年来发展起来的一种新型技术。污泥可以被由超声空化引起强大的水力剪切分解，细胞壁破碎，释放出细胞内所含的组分和细胞质，以进一步降解。超声波具有无污染、能量密度高和分解速度快等特点，用于污泥回流系统，可以减少污泥的产量。但超声波应用于污泥处理的机理、运行参数的优化以及与污水处理工艺的合理组合等仍需进一步研究。
３、高速生物反应器
高速生物反应器技术是在利用土壤处理污泥的基础上发展起来的。利用土壤中的微生物处理污泥，由于系统是开放的，因而会受到气温和土壤湿度的影响，使土壤利用的时间和区域受到一定的限制。美国SWEC公司自20世纪80年代开始研制开发高速生物反应器，该技术将污泥的脱水、消化和干化相结合，使土壤处理的整个过程在一个封闭的循环系统中进行。Texaco公司经过近二十年的研发，使高速生物反应器技术逐步成熟，并得以推广。整个操作系统的核心部分是生物反应器，它由两个区域组成，上半部分是污泥与土壤相混合的区域，使污泥负荷达到均一化，污泥中的有机组分在这一区域中被降解;下半部分是气、液分离区，使液体不滞留于土壤中，以增加氧的传递率。高负荷率的污泥通过该系统处理，有机组分将降解70-80%，悬浮固体浓度去除率达45-60%。
与其它生物处理技术相比，该系统所需能量较少，可以连续运行，并能保持最佳温度以利于微生物的降解，特别适合于受自然条件限制或土壤湿度大的污泥处理过程。从沉淀池排出5000-30000mg/L浓度的污泥都可以直接进入该系统中，而不需要任何预处理。
由于高速生物反应器在常温常压下运行，所以对反应器的构造要求不是很高，因此，这种方法在印染废水剩余污泥的处置中得到广泛应用。
4、利用矿山采空区消纳剩余污泥
我国人口众多，土地资源短缺，为缓解这一矛盾，人们可以利用剩余污泥对矿山废弃地进行有效充填和复垦。
矿山（如煤矿、铁矿等）历经多年的开采，形成了大面积的采空区，如果不及时有效地充填，会导致大规模的地表塌陷和山体滑坡等地质灾害，造成农田、道路和建筑等设施的破坏。如果能将剩余污泥处理与矿山采空区的充填结合起来，将有助于污泥处置成为一种新的“绿色希望工程产业”，也有助经济社会可持续发展。城市污泥作为一种废弃物，虽然有一定的污染物，但它同时也是一种良好的有机肥料资源。对废弃的矿山地表施用剩余污泥，一方面输入了大量的有机质和矿质养料，有利于促进土壤中原有微生物的活动和繁殖;另一方面又因其自身是微生物群体组成的活性污泥，大大提高了土壤微生物的数量。
三、在系统运行中实现污泥减量化
污泥减量化是20世纪90年代提出的新概念，是对剩余污泥资源化基础上进一步提出的要求。减量化是通过物理、化学、生物等手段，主要依靠降低微生物产率，以及利用微生物自身内源呼吸进行氧化分解等，使整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少，所以减量化从根本上实现污泥的减少。
将“清洁生产”的理念运用到剩余污泥处置中，实现从源头上进行治理的“绿色生产”，真正实现印染废水处理的良性运行，防止废水处理中出现二次污染，使污水治理更具有环境效益。
1、膜生物反应器
膜生物反应器(MBR)是由膜分离和生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理技术。1969年，美国的Smith首次报道了Dorr-Oliver公司将活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法。其引人注目之处在于用膜分离技术取代常规的活性污泥二沉池富集生物，而不用回流循环来增加曝气池中的微生物浓度，效果较好。
膜生物反应器由于具有高截留率，并可将浓缩液回流到生物反应器内，使反应器中具有很高的微生物浓度和相对较低的污泥负荷，并有很长的污泥停留时间，可使大部分有机物被降解。特别一体式膜生物反应器，具有出水水质好、容积负荷高、占地面积小、剩余污泥产量低和操作管理方便等优点，被广泛采用。
膜污染和目前高昂的投资费用，是影响膜生物反应器进一步推广应用的主要因素。随着材料科学技术的发展，膜材料和膜组件的费用会逐步降低，但今后膜污染依旧是膜生物反应器推广应用的障碍。
2、臭氧法
臭氧法将活性污泥与臭氧化技术相结合，在传统的活性污泥工艺中增加一套臭氧处理装置，对产生的污泥进行臭氧化，然后输回到反应器中。
在此工艺中，剩余污泥的消化和废水处理在一个曝气池中同时进行。污泥内的微生物经过臭氧氧化成为有机物质，随后在生物处理中被降解。臭氧可破坏不容易被生物降解的细胞膜等，使细胞内物质能较快地溶于水中;同时，臭氧还要氧化不容易水解的大分子物质，使其更容易为微生物所利用。Yasui等研究表明，当曝气池中的臭氧剂量为10mg/(gMLSS.d)时，剩余污泥产量可减少50%;达至20mg/(gMLSS.d)时，则无剩余污泥产生。有研究表明，臭氧处理污泥的循环率保持在30%左右，是保证“零”污泥的条件，即由臭氧处理过约1/3的污泥在曝气池内被生物无机化（气体化），则残余的2/3又变换为活性污泥。因此，只要操作得当，可使印染废水处理过程中净增污泥量与无机化污泥量相等，从而达到无剩余污泥的目的。
3、微生物捕食法
印染废水生物处理法中的废水为微生物提供了理想的生存和繁殖场所，没有一种单一的微生物能够利用污水中存在的全部众多的化合物作为底物，因此可建立由多种微生物组成的复杂的生态系统，形成细菌→原生动物→后生动物食物链。在食物链的最高端污泥被转化为能量、水和二氧化碳，从而使污泥量减少。Janssen等人的常规活性污泥工艺中投加和不投加后生动物，以及加设和不加设填料载体的对比研究发现，利用混合液悬浮固体(MLSS)浓度计算，在蠕虫存在下，污泥产量为0.15gMLSS/gCOD;而在正常运行条件下，污泥产量为0.40gMLSS/gCOD。
由于常规的曝气池不利于食物链的建立，不能真正实现污泥的减量。若将传统方法进行改进，创造适合微生物生长的环境，促进它们对细菌的捕食，提高污水矿化度，可以最大限度减少污泥量。
目前采用在曝气池中直接接种微生物和两段法。王宝贞等开发的淹没式生物膜污水处理新技术，采用固定式载体填料，增加了原生动物和后生动物在曝气池中的数量，有效减少了剩余污泥的产量。小试研究表明，其剩余污泥产量仅为常规活性污泥法的1/10-1/5。微生物捕食法能大大减少污泥量，最高可达80%。
4、利用水解酸化工艺对污泥进行内消化
水解酸化工艺通过控制水力停留时间，使反应进行到第二阶段结束，从而将水解阶段和酸化阶段从厌氧的整个过程中分离出来。水解、酸化细菌绝大多数为兼性菌，它们对环境的要求很宽松。水解酸化系统中的兼性微生物主要功能是水解和产酸，其对颗粒状的剩余污泥，尤其是对剩余污泥中活性细胞的肽聚糖细胞壁有较强的水解能力。所以，在温和条件下采用水解酸化工艺处理剩余污泥，将细菌细胞壁水解，释放出细胞的内容物，并将大分子的细胞物质降解为两个或三个碳的小分子物质，从而有效地“液化”剩余污泥，是实现剩余污泥减量化的有效途径，可以做到“污泥零排放”的印染废水处理。
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