生物处理的理论基础
活性污泥工艺的减量化目的是在最大限度降低BOD的同时，减少污泥的产量。常规活性污泥工艺除了氮和磷不易达到排放标准外，另一个主要的弱点是污泥产量大。污泥减量的生物处理工艺就是在活性污泥处理污水过程中减少剩余污泥的产量。生物处理的理论基础主要有维持代谢和内源代谢以及解偶联代谢理论。
1）维持代谢和内源代谢
1965年Pirt把微生物用于维持其生活功能的这部分能量称为维持代谢能量，一般认为，维持代谢包括细胞物质的周转、活性运输、运动等，这部分基质消耗不用来合成新的细胞物质，因此，污泥的产量和维持代谢的活性呈负相关。Herbert在1956年提出，维持能量可通过内源代谢来提供，部分细胞被氧化而产生维持能量。从环境工程角度看，内源呼吸通常指生物量的自我消化，在连续培养生长时可同时发生内源代谢。内源代谢的主要优势在于进入的基质最终被呼吸成为二氧化碳和水，使生物量下降。因此，在废水处理工艺中，内源呼吸的控制比微生物生长控制和基质去除控制更为重要。
2）解偶联代谢
代谢是生物化学转化的总称，分为分解代谢和合成代谢。微生物学家认为，细胞产量和分解代谢产生的能量直接相关，但在某些条件下，如存在质子载体、重金属、异常温度和好氧一厌氧交替循环时，呼吸超过了ATP产量，即分解代谢和合成代谢解偶联，此时微生物能过量消耗底物，底物的消耗速率很高。Cook和Russell报道，在完全停止生长时细菌利用能源的速率比对数生长期高三分之一，这表明细胞能通过消耗膜电势、ATP水解和无效循环处置其胞内能量。在解偶联条件下，大部分底物被氧化为二氧化碳，产生的能量用于驱动无效循环，但对底物的去除率不会产生重大影响。能量解偶联的特殊性在于它是微生物对底物的分解和再生，而没有细胞质量的相应变化。从环境工程意义上讲，能量解偶联可用于解释底物消耗速率高于生长和维持所需之现象。因此，在能量解偶联条件下活性污泥的产率下降，污泥产量也随之降低。通过控制微生物的代谢状态，最大程度地分离合成代谢和分解代谢，则可以实现剩余污泥的减量化。
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