随着我国城市化进程的加快,城市污水处理厂数量和污水处理规模逐年提高,污泥产量不断增大。截止2010年6月,统计全国已建成的城市污水处理厂2299座,处理能力11246万m³/d,与“十五”末相比,污水处理厂数量增加了1.2倍,处理能力增加了75.3%。按照目前的污泥产率,每年含水率80%的剩余污泥量将达数千万吨。剩余污泥含有大量的有害物质及未稳定的有机物,处置不当会对环境造成二次污染。但剩余污泥的处理处置需要大量的资金投入,以欧美日为例,污泥处理处置初期投资占污水处理厂总投资比例高达60%～70%,污泥处理运营费占污水厂总运营费的30%⁴0%,有的甚至高达60%。面对如此巨大的污水处理厂剩余污泥处理处置压力,若能在污水处理系统实现污泥减量,从源头减少剩余污泥排放量就显得意义重大。近年来,污泥减量技术的研究迅速成为业内的研究热点,概括起来包括解偶联代谢法、维持代谢法、强化微生物隐性生长法、生物强化与生物捕食法四类。各类污泥减量方法各有特点,并存在不同程度局限性。其中强化隐性生长法是指微生物利用衰亡细菌所形成的二次基质生长,整个过程包含了细胞破解和生长。利用各种污泥破解技术,使细菌迅速死亡并分解成为基质再次被微生物利用,相当于传统模型中强化了活性污泥的自身氧化率,提高衰减系数,进而减少剩余污泥产量。强化微生物隐性生长法污泥减量的重要步骤是污泥的破解预处理。通常的污泥破解预处理方法包括各种化学、物理、生物及其相互组合。国内外研究较多的超声波破解工艺和臭氧氧化破解工艺,虽然能取得了较好的污泥破解效果,但昂贵的臭氧制备成本和超声波的高能耗限制了其实际应用;以Cl2进行化学氧化曾被认为是有效的替代方法,但存在潜在产生THMs的危险。本研究针对强化微生物隐性生长法,在分析主要微生物细胞破解方法的局限性基础上,提出ClO₂耦合超声波的污泥破解技术,将破解污泥回流至SBR系统,通过强化微生物隐性生长实现污水处理系统的污泥减量,探索污泥破解回流系统减量的机理和工艺技术问题,为ClO₂耦合超声波破解污泥回流的污水处理系统污泥减量技术提供理论依据和技术支持。通过小试考察了单独超声波和单独ClO₂作用下的污泥破解效能、影响因素及释出机理,确定了适宜的破解条件。在单独破解试验基础上,探明了ClO₂耦合超声波对污泥的破解效率、影响因素及最佳工况条件;揭示了耦合破解污泥的生物有效性及其协同作用机理;通过三因素三水平正交试验,提出了破解污泥的释出规律模型,确定了各因素的影响大小次序。在小试研究基础上,以处理能力为3.6m³/d的SBR构建了C1O₂耦合超声波破解污泥回流SBR系统强化微生物隐性生长的污泥减量系统,对实际污水进行长期累积试验,系统考察了系统污泥减量效果及对出水水质的影响,解释了强化微生物隐性生长污泥减量的作用机理和运行调控策略。得到如下主要结论:通过静态超声波污泥破解试验,考察了在声能密度、超声作用时间及含固率与污泥细胞破解效能的关系。结果表明:在超声波声能密度0.5W/mL³.0W/mL内,对含固率为2.5g/L¹5g/L的污泥破解处理,随超声波作用时间延长破解污泥中SCOD浓度显著升高,且声能密度越高,SCOD浓度增加越明显;对较低含固率的污泥,在超声波作用6min后,破解污泥液相中SCOD增加缓慢;对含固率15g/L的污泥的超声波处理试验,SCOD、NH4+-N、TN及TP增幅和污泥MLSS减幅均与超声波作用时间和声能密度正相关;经超声波作用6min后,污泥形态结构已破坏。根据污泥破解后SCOD的增量数据得出,获得500mg/L的SCOD时对应的超声波能耗Es（3.0W/ml）> Es（2.0W/ml） > Es（0.5W/ml）> Es（1.0W/ml）,污泥单独超声波破解最优工况为1.0w/ml声能密度下作用6min。ClO₂破解污泥静态试验结果表明:ClO₂最佳投量为8mgClO₂/（gDS）,适宜的ClO₂浓度为1000mg/L。与含固率15g/L的污泥搅拌反应60min,SCOD释出为110.3mg/L,多糖、蛋白质、TP及TN增加量分别为25.2mg/L、55.1mg/L、13.1mg/L和15.23mg/L;污泥破解率92.5%;污泥SVI由51下降到33,破解沉降性能改善。ClO₂耦合超声波作用试验结果表明,投加4mgClO₂/（gDS）作用60min,耦合超声波（声能密度0.5W/ml、作用6min）的污泥破解效果最好且最经济。破解污泥液相中SCOD、BOD5、TN、TP、多糖及蛋白质增量分别为920mg/L、420mg/L、36.2mg/L、7.9mg/L、50.3mg/L及81.7mg/L;计算得出BOD﹕TN﹕TP约为78.2﹕4.58﹕1,可生化性强。根据实测数据计算得出ΔSCOD﹕ΔTN﹕ΔTP比值,超声破解时为121.95﹕6.7﹕1、ClO₂破解时为7.58﹕1.16﹕1、ClO₂耦合超声波破解时为116.46﹕4.58﹕1。ClO₂破解时ΔSCOD﹕ΔTN﹕ΔTP比值明显低于理论计算值（122﹕7.7﹕1）,可认为ClO₂破解时有机碳和含氮物质绝大部分被ClO₂氧化,以CO₂和N2等气态形式逸出;超声波破解时ΔSCOD﹕ΔTN﹕ΔTP比值接近理论计算值;ClO₂耦合超声波破解时,首先是在较低投量下,ClO₂氧化破坏污泥细胞壁,此时,以不使细胞壁破坏至大量胞内物质释出为好,避免细胞释放物对ClO₂的消耗,然后只需要在较低声能密度（0.5w/ml）下超声波作用较短时间就能取得理想的协同增效破解效果。根据三元回归法建立的ClO₂耦合超声波破解释出规律数学模型分析得出:破解污泥液相中SCOD、TN及TP与超声波作用时间、ClO₂投加量及超声波声能密度呈指数关系,影响次序为:超声波作用时间> ClO₂投加量>超声波声能密度。ClO₂耦合超声波破解污泥回流SBR系统处理实际污水,30d的累积运行对比试验结果表明:对70%的系统排泥耦合破解处理后回流系统,污泥减量率为54.86%;系统微生物保持足够活性,SVI在40⁷0mL/g之间,运行稳定;出水SS、COD、TN以及NH4+-N等指标均与参照系统无明显差别;出水TP略有升高,试验系统平均出水TP为0.37mg/L,参照系统为0.26mg/L。试验系统污泥负荷0.159kgCOD/（kgMLSS·d）、污泥龄12.86d,参照系统污泥负荷0.126kgCOD/（kgMLSS·d）、污泥龄19.28d;系统污泥产率和微生物衰减系数计算结果表明,ClO₂耦合超声波破解污泥回流后,相当于在不改变SBR运行参数下系统表观污泥产率从0.41kgSS/kgCOD降低到0.186kgSS/kgCOD,相当于增强了系统微生物的内源代谢、强化了活性污泥的自身氧化率,相当于将系统污泥衰减系数由0.036d-1提高到0.0602d-1。