污泥是污水生物處理過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，是一種重要的固體有機廢棄物。污水生物處理過程中會產(chǎn)生大量污泥，據(jù)估計，實際運行的污水處理廠污泥產(chǎn)率可達0.52～1.22 kg/kg，截止到2011年底，我國的污泥產(chǎn)量已達到3.48×107 t（含水率80%）〔1〕。由于污水中很多污染物在污水生物處理過程中會最終轉(zhuǎn)移到污泥中，因此污泥必須得到妥善處理處置。然而由于污泥處理的投資和運行費用巨大〔2, 3〕，污泥處理處置已成為污水處理廠所面臨的沉重負擔和難題，減少污泥量十分必要。

化學解偶聯(lián)劑污泥減量技術(shù)是一種以“源頭控制”為目標的污泥減量技術(shù)。這種技術(shù)操作方便、技術(shù)實施簡單、投資較少、易在原有工藝中實現(xiàn)且減量效果好，是目前污泥減量技術(shù)的研究熱點之一〔2, 3, 4, 5〕。然而由于這種技術(shù)還有一些不足，目前仍然處于實驗室研究階段，離實際應用還有一定距離。筆者對其機理、研究現(xiàn)狀與進展、存在問題和發(fā)展方向等進行總結(jié)和歸納，以期推動該技術(shù)的發(fā)展和應用。

1 化學解偶聯(lián)劑污泥減量技術(shù)的機理
 
微生物的代謝偶聯(lián)是指微生物代謝過程中，分解代謝（氧化作用）和合成代謝（磷酸化作用）的偶聯(lián)，其中分解代謝是底物脫氫或失電子的過程，而合成代謝是指二磷酸腺苷與磷酸合成三磷酸腺苷（ATP）的過程〔6, 7〕。在正常生理條件下分解代謝和合成代謝緊密地偶聯(lián)，而合成ATP的決定因素是H+的跨膜梯度�；瘜W解偶聯(lián)劑可以消除細胞膜之間的質(zhì)子梯度，從而抑制ATP的合成。值得注意的是，解偶聯(lián)劑只消除膜兩邊的質(zhì)子或電位梯度，不但不會抑制呼吸鏈的電子傳遞，反而加速電子傳遞，促進呼吸底物和分子氧的消耗，產(chǎn)生的能量以熱量的形式散發(fā)而不合成ATP。化學解偶聯(lián)劑污泥減量的機理就在于在污水生物處理過程中利用化學解偶聯(lián)劑使污泥微生物的分解代謝和合成代謝脫偶聯(lián)，分解代謝遠大于合成代謝，從而使污染物大部分氧化分解成CO2和水，而較少合成新的污泥〔3, 4, 5〕。

2 化學解偶聯(lián)劑的種類及特性
 
從1948年W. F. Loomis等〔8〕首次發(fā)現(xiàn)2，4-二硝基苯酚可作為化學解偶聯(lián)劑起，經(jīng)過幾十年的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了10多種可用于有效減量污泥的化學解偶聯(lián)劑〔9, 10, 11〕。目前研究的化學解偶聯(lián)劑包括硝基酚類：2，4-二硝基苯酚（DNP）、對硝基苯酚（p-NP）、間硝基苯酚（m-NP）、鄰硝基苯酚（o-NP）等；氯酚類：如鄰氯苯酚（o-CP）、對氯苯酚（p-CP）、間氯苯酚（m-CP）、三氯苯酚（TCP），2，4-二氯苯酚（2，4-DCP）、2，6-二氯苯酚（2，6-DCP）、五氯苯酚（PCP），3，3’，4’，5-四氯水楊酰苯胺（TCS）等；季銨鹽類：如芐基季銨鹽；季磷鹽類：四羥四甲基硫酸磷（THPS），氯化四羥甲基磷（THPC）；氨基酚：如鄰氨基酚（AP）、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）和氨基酸等。

現(xiàn)有文獻表明大部分化學解偶聯(lián)劑具有弱酸性，且為脂溶性。弱酸性使其在不同pH環(huán)境下均可結(jié)合H+或釋放H+，通常解偶聯(lián)劑的酸度越低，污泥減量效果越好，但解偶聯(lián)劑的污泥減量效果還受到許多其他因素的影響。而脂溶性則使其能自由透過磷脂雙分子層，將膜外的H+轉(zhuǎn)移到膜內(nèi)，從而消除質(zhì)子梯度。但最新發(fā)現(xiàn)的一種水溶性有化合物THPS具有解偶聯(lián)效果〔10〕，說明非脂溶性物質(zhì)也可以作為化學解偶聯(lián)劑。在污水處理過程中，化學解偶聯(lián)劑的脂溶性會導致其在水中溶解度不高，降解慢，這可能是化學解偶聯(lián)劑應用于污水處理中的不足。

3 化學解偶聯(lián)劑的污泥減量效果
 
文獻表明化學解偶聯(lián)劑的污泥減量可達到 21%~87%,不同化學解偶聯(lián)劑的污泥減量效果如表 1所示。

由表 1可見，化學解偶聯(lián)劑的污泥減量效果受到化學解偶聯(lián)劑的種類、添加量和污水處理規(guī)模等的影響。不同化學解偶聯(lián)劑對污泥減量的效果不相同，Zebo Liu通過批量試驗研究了3種化學解偶聯(lián)劑（TCS、p-NP、THPS）的污泥減量效果，結(jié)果表明，添加質(zhì)量濃度分別為0.5、20、0.02 mg/L時，其污泥減量率可分別達到18%、28%、30%〔28〕。C. Aragóna 等〔29〕的研究發(fā)現(xiàn)，添加30 mg/L的 DNP時，污泥產(chǎn)率可降低14%，而添加40 mg/L的TCS 時，污泥產(chǎn)率降低率可達49%�；瘜W解偶聯(lián)劑的添加量明顯影響其污泥減量效果〔12, 13〕�；瘜W解偶聯(lián)劑的添加位置也會影響其污泥減量效果。S. Rho等〔12〕比較了在好氧系統(tǒng)和缺氧系統(tǒng)中添加TCS時，污泥產(chǎn)率的變化，發(fā)現(xiàn)好氧系統(tǒng)污泥對TCS的敏感性要比缺氧系統(tǒng)中更高。另外，化學解偶聯(lián)劑的污泥減量效果還受到試驗規(guī)模的影響：Zebo Liu的研究結(jié)果表明〔28〕THPS在小試試驗中的污泥減量效果可達 30%，而筆者研究組的研究結(jié)果〔14〕表明，在中試試驗中的污泥減量效果為22.5%。

4 化學解偶聯(lián)劑對污水處理過程的影響
 
化學解偶聯(lián)劑的添加會影響污水處理，包括對污水處理效果的影響、對污泥性質(zhì)的影響、污泥微生物菌群結(jié)構(gòu)的影響等。部分化學解偶聯(lián)劑對污泥處理過程的影響如表 2所示。

4.1 化學解偶聯(lián)劑對污水處理效果的影響
 
解偶聯(lián)劑在減少污泥產(chǎn)量的同時，還會可能帶來一些負 面影響，最嚴重的影 響是會升高出 水 COD，導致出水水質(zhì)變差，由于污泥產(chǎn)量減少，出水中 N、P 濃度可能也會升高。

來一些負面影響，最嚴重的影響是會升高出水COD，導致出水水質(zhì)變差，由于污泥產(chǎn)量減少，出水中N、P濃度可能也會升高。目前對由于化學解偶聯(lián)劑的添加影響污水處理過程COD去除的研究結(jié)果并不一致。C. Aragóna等〔29〕發(fā)現(xiàn)隨著TCS的添加質(zhì)量濃度從0升高到0.8 mg/L，COD的去除率從52.16%升高到58.92%；而一些研究〔12, 13, 33〕則表明，COD的去除率有一定降低，謝敏麗〔34〕甚至發(fā)現(xiàn)當氨基酚投加量為20 mg/L時，COD去除率會下降56%。不同化學解偶劑對COD去除率的影響不同，且不同投加量的同一化學解偶聯(lián)劑的影響也不同。另外，投加方式也會影響其效果。例如，一次性投加TCS減量化效果要好于多次投加，并且隨著投加量的增大，COD去除率降低〔35〕。由于添加化學解偶聯(lián)劑后污水的COD去除率仍較高，因此大部分研究者認為化學解偶聯(lián)劑對COD去除率的影響可以忽略。G. H. Chen等〔13〕的研究表明：添加0.5、1.0 mg/L的TCS后，COD的去除率分別從95.4%降低到95.3%、94.7%�；瘜W解偶聯(lián)劑降低COD去降率的可能原因是目前應用的化學解偶聯(lián)劑為異體物質(zhì)，對微生物有一定毒害作用，導致一部分微生物死亡，形成出水中的COD〔27〕。

部分研究者研究了化學解偶聯(lián)劑對氨氮和總氮去除的影響。例如，葉芬霞等〔36〕發(fā)現(xiàn)TCS的添加會升高出水氨氮和總氮的濃度，從而降低氨氮和總氮的去除率，且隨著TCS添加量增加，氨氮和總氮去除率呈下降趨勢，但降低量較少。原因可能是化學解偶聯(lián)劑減少的那部分剩余污泥中的氮會釋放到出水中，從而會提高出水的氨氮和總氮水平、降低氨氮和總氮的去除率〔37〕。研究表明選擇合適的工藝可以降低這種影響，例如葉芬霞等〔36〕采用連續(xù)曝氣繼而沉淀的SBR運行方式發(fā)現(xiàn)TCS的加入對出水的氨氮和總氮的去除沒有影響。

由于生物除磷主要通過排除剩余污泥來實現(xiàn)，剩余污泥量的減少勢必增加出水的TP、降低TP的去除效率。例如葉成全〔38〕研究了4種化學解偶聯(lián)劑（TCP、DNP、m-CP和TCS）對A2/O工藝的影響，發(fā)現(xiàn)加入這些解偶聯(lián)劑后出水磷酸鹽和總磷的濃度均略微升高。王濤等〔32〕比較不同化學解偶聯(lián)劑對 A2/O工藝的影響，發(fā)現(xiàn)試驗的4種化學解偶聯(lián)劑（DNP、m-CP、TCP和TCS）均會導致出水磷濃度升高。但也有研究結(jié)果表明，TP的去除基本不受化學解偶聯(lián)劑添加的影響。例如，F(xiàn)enxia Ye 等〔33〕的研究表明，TCS添加量分別為0.05、0.10、0.15 g時，好氧-沉淀-厭氧（OSA）系統(tǒng)出水TP的平均值分別為3.1、 2.9 、3.1 mg/L，而作為對照的好氧-沉淀系統(tǒng)出水TP的平均值為3.5 mg/L，這可能是因為試驗系統(tǒng)與對照系統(tǒng)相比增加了厭氧部分所造成的。

4.2 化學解偶聯(lián)劑對污泥性質(zhì)的影響
 
化學解偶聯(lián)劑的投加會影響污泥性質(zhì)，這些性質(zhì)包括沉降性能（SVI）、活性（SOUR）、絮體結(jié)構(gòu)和微生物菌群結(jié)構(gòu)等。

G. H. Chen等〔13〕研究結(jié)果表明當向污水處理系統(tǒng)中添加0.5、1.0 mg/L TCS時，污泥的SOUR從62.3 mg/（g·h）分別提高到78.8、94.6 mg/（g·h）。而葉芬霞等〔30〕研究TCS對活性污泥工藝中污泥活性的影響時，也發(fā)現(xiàn)TCS能使污泥SOUR從2.29 mg/（mg·d）升高到2.93 mg/（mg·d）�；瘜W解偶聯(lián)劑的種類、投加量和投加方式等會影響其效果，例如，葉芬霞等〔36〕的研究表明污泥SOUR隨TCS投加量的增加而增加，葉成全〔38〕比較了兩種TCP投加方式（每天投加120 mg和每兩天投加240 mg）對污泥SOUR的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者均能提高污泥的SOUR。添加化學解偶聯(lián)劑能夠使氧化磷酸化過程脫偶聯(lián)，抑制ATP的合成，促進污泥微生物的呼吸作用，使得其呼吸速率提高，從而提高污泥的SOUR。但也有研究表明，化學解偶聯(lián)劑的投加會導致污泥SOUR的降低，如Y. Tian等〔16〕的研究表明，加入2，6-DCP后與對照組相比，呼吸作用明顯受到抑制；并且受抑程度與投加濃度成正比，在投加質(zhì)量濃度為1 g/L時，呼吸抑制速率達到83%。

目前，大部分化學解偶聯(lián)劑污泥減量的研究都表明，解偶聯(lián)劑會造成SVI升高�；瘜W解偶聯(lián)劑對污泥SVI的影響主要是通過改變其微生物菌群結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，添加化學解偶聯(lián)劑后，污泥中絲狀菌增加，從而導致其SVI升高。葉芬霞等〔30〕的研究表明，TCS的添加會使污泥的平均SVI從82.81升高到95.22。不同化學解偶聯(lián)劑對污泥SVI的影響是不一致的。例如G. H. Zheng等〔11〕的研究表明，添加2，4，6-trichlorophenol僅會短期影響污泥的SVI，很快（1~2周）即可恢復，而另一種化學解偶聯(lián)劑——丙二酸則會導致污泥SVI迅速急劇增加，最終導致系統(tǒng)崩潰。

通過顯微鏡觀察、掃描電鏡觀察和變性梯度凝膠電泳（DGGE）分析等可以發(fā)現(xiàn)，化學解偶聯(lián)劑的添加會使污泥的部分原有微生物消失、新的微生物出現(xiàn)、生物多樣性降低、微生物菌落結(jié)構(gòu)的相似性變大、優(yōu)勢種群發(fā)生改變、原、后生物的種類和數(shù)量減少、絲狀菌增多、污泥變松散等。G. H. Zheng 等〔11〕運用DGGE分析發(fā)現(xiàn)，添加解偶聯(lián)劑后的活性污泥DNA圖譜中出現(xiàn)了新的條帶，說明污泥中出現(xiàn)了新的微生物；還通過掃描電鏡觀察到，加入TCP后的污泥絮體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，污泥絮體主要由球菌及短桿菌組成，結(jié)構(gòu)松散、絮體較小、原生動物及后生動物種類和數(shù)量減少。葉芬霞等〔30〕的研究也表明，TCS的添加會使污泥原、后生物的種類和數(shù)量均減少，且活性降低，污泥中絲狀菌增加，污泥變松散。

另外，化學解偶聯(lián)劑還可能會影響污泥的胞外聚合物（EPS）、醌和酶活等性質(zhì)。例如Y. Tian等〔16〕發(fā)現(xiàn)加入2，6-DCP后，污泥EPS含量及其蛋白質(zhì)/多糖含量比均高于對照組，這說明添加2，6-DCP后污泥釋放了更多的EPS。

5 存在的不足及其發(fā)展的方向
 
盡管化學解偶聯(lián)劑在污泥減量方面的效果明顯，但是在實際應用上還存在一些不足。首先，隨著污泥產(chǎn)率的下降，污水中的COD及N、P去除率也隨之下降。其次，污泥沉降性能發(fā)生變化，活性污泥中優(yōu)勢種群發(fā)生變化，原生、后生動物減少，沉降性降低。再次，需氧量增加，系統(tǒng)曝氣量增加，使得運行成本升高。最后，解偶聯(lián)劑使用的主要問題仍然是毒性問題，因為解偶聯(lián)劑是環(huán)境異體物質(zhì)，通常為難降解物質(zhì)，為了避免污泥產(chǎn)生抗性也會選擇較難降解的物質(zhì)，所以在水中一定會有殘留，會在動、植物以致人類體內(nèi)積累，危害人類健康。另一方面，在長期運行過程中，活性污泥可能會對解偶聯(lián)劑產(chǎn)生抗性，從而影響減量效果。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

目前的研究大都致力于解偶聯(lián)劑最佳投放濃度的研究，在保證減量效果同時，減小對出水水質(zhì)的影響，或者通過其他物質(zhì)與解偶聯(lián)劑協(xié)同作用〔31〕。由于解偶聯(lián)劑的污泥減量機制以及降低出水基質(zhì)去除率的原因都尚未明確，因此，探尋解偶聯(lián)劑減量機理以及影響處理效果的原因，仍會是以后研究的難題和 熱點。針對現(xiàn)在使用的解偶聯(lián)劑均是環(huán)境異體物質(zhì)，對環(huán)境及人類健康都有一定危害的情況，目前有很多篩選低毒、高效解偶聯(lián)劑的研究，但僅僅是在現(xiàn)存解偶聯(lián)劑中選擇毒性相對較低的幾種，并不能百分百地確定其使用的安全性。因此研發(fā)及尋求高效、安全的解偶聯(lián)劑是未來研究的一個重點方向。同時為了避免活性污泥對解偶聯(lián)劑產(chǎn)生抗性，保證添加解偶聯(lián)劑污水處理工藝具有長期的運行效果，研究解偶聯(lián)劑在污水處理過程中的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化途徑是解偶聯(lián)污泥減量技術(shù)投入實際應用的關(guān)鍵之一。最后，由于目前化學解偶聯(lián)劑減量污泥的研究工作均是小試試驗，為了促進這種技術(shù)的實際應用，進行中試試驗和現(xiàn)場試驗研究也是未來的重要方向。

目前的研究大都致力于解偶聯(lián)劑最佳投放濃度的研究，在保證減量效果同時，減小對出水水質(zhì)的影響，或者通過其他物質(zhì)與解偶聯(lián)劑協(xié)同作用〔31〕。由于解偶聯(lián)劑的污泥減量機制以及降低出水基質(zhì)去除率的原因都尚未明確，因此，探尋解偶聯(lián)劑減量機理以及影響處理效果的原因，仍會是以后研究的難題和 熱點。針對現(xiàn)在使用的解偶聯(lián)劑均是環(huán)境異體物質(zhì)，對環(huán)境及人類健康都有一定危害的情況，目前有很多篩選低毒、高效解偶聯(lián)劑的研究，但僅僅是在現(xiàn)存解偶聯(lián)劑中選擇毒性相對較低的幾種，并不能百分百地確定其使用的安全性。因此研發(fā)及尋求高效、安全的解偶聯(lián)劑是未來研究的一個重點方向。同時為了避免活性污泥對解偶聯(lián)劑產(chǎn)生抗性，保證添加解偶聯(lián)劑污水處理工藝具有長期的運行效果，研究解偶聯(lián)劑在污水處理過程中的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化途徑是解偶聯(lián)污泥減量技術(shù)投入實際應用的關(guān)鍵之一。最后，由于目前化學解偶聯(lián)劑減量污泥的研究工作均是小試試驗，為了促進這種技術(shù)的實際應用，進行中試試驗和現(xiàn)場試驗研究也是未來的重要方向。