納米曝氣應(yīng)用于污泥處理領(lǐng)域的前景淺析

王雷

摘 要：納米曝氣技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)方面具有優(yōu)勢(shì)。該文結(jié)合前期研究，結(jié)合納米曝氣技術(shù)過(guò)程中的機(jī)理，從化學(xué)反應(yīng)角度和微生物反應(yīng)角度對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行解析，詳細(xì)闡述了納米曝氣產(chǎn)生氣泡消融污泥的化學(xué)機(jī)理以及處理過(guò)程中微生物群落變化，以期加強(qiáng)納米曝氣技術(shù)在污泥處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：納米曝氣；污泥處理；微生物

中圖分類號(hào)：X522 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近幾十年來(lái)，排水指標(biāo)的收緊及人口的增長(zhǎng)加快了市政管網(wǎng)的發(fā)展，污水處理廠的發(fā)展導(dǎo)致污水污泥的排放量也迅速增加。污水污泥的處理和處置單元占據(jù)污水處理廠運(yùn)營(yíng)成本的50 %～65 %，這對(duì)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)環(huán)境治理是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這些問(wèn)題，污泥消化被認(rèn)為是從污水處理廠排出的污泥穩(wěn)定化處理的常用手段。污泥消化在好氧或厭氧條件下都可以進(jìn)行。而消化的穩(wěn)定機(jī)制與微生物代謝對(duì)污泥中有機(jī)成分的降解有關(guān)。然而，典型的污泥消化技術(shù)存在著含水量大、生物降解性差、能耗高的問(wèn)題。這些缺點(diǎn)在工業(yè)規(guī)模上的剩余污泥的消融處理過(guò)程中可以得到有效克服；因此，一些學(xué)者將納米曝氣技術(shù)引入污泥消化預(yù)處理。

1 微納米氣泡的介紹

已有研究表明，納米曝氣在內(nèi)部壓力作用下，收縮破裂無(wú)需動(dòng)態(tài)的刺激，僅通過(guò)納米曝氣的破裂就可以產(chǎn)生羥基自由基。此外，羥基自由基具有更高氧化還原電位，不僅可以與絕大部分有機(jī)化合物產(chǎn)生即時(shí)反應(yīng)，而且納米氣泡技術(shù)的應(yīng)用可以提高污泥的生物降解能力和細(xì)胞消融能力。污泥通常含有多種顆粒型有機(jī)物和難降解的有機(jī)物，象懸浮固體、難降解的可溶性有機(jī)物。通常，他們不可生物降解并具有持久毒性，這使傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)難以建功。

2 微納米曝氣強(qiáng)化污泥消化的作用機(jī)理

納米曝氣與普通曝氣條件下的物質(zhì)的變化是不同的，在污泥降解中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化受到了納米氣泡的影響。這些變化與死亡細(xì)胞和大分子有機(jī)物的分解有關(guān)，這表明，納米氣泡明顯增強(qiáng)了污泥的溶解性，增加了水相的DOM含量。

研究指出，在納米氣泡收縮過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生自由基，污泥的消融過(guò)程造成懸浮物解體的瓦解，導(dǎo)致了固體（細(xì)胞）的消融以及從微生物細(xì)胞釋放出可溶性有機(jī)質(zhì)的礦化。納米氣泡破壞污泥細(xì)胞壁并將有機(jī)物質(zhì)氧化，并將生物大分子被釋放和轉(zhuǎn)化成小分子。

納米曝氣與普通曝氣條件下反應(yīng)器內(nèi)填料上微生物種群多樣，在絲狀菌的包裹下形成菌膠團(tuán)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，普通氣泡的反應(yīng)器中，菌膠團(tuán)中微生物相對(duì)來(lái)講比較致密，表面上能夠明確辨識(shí)出絲狀菌及微生物個(gè)體，菌膠團(tuán)形狀較為規(guī)則、完整，體積大而且數(shù)量多。在納米氣泡的反應(yīng)器中，微生物的種群與普通氣泡反應(yīng)器相比有所增加，但菌膠團(tuán)的體積和數(shù)量都變少了，微生物呈現(xiàn)塊狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)SEM檢測(cè)可知，納米氣泡形成的菌膠團(tuán)，有利于氧的傳質(zhì)。因此，納米曝氣技術(shù)對(duì)DOM的釋放和微生物的生長(zhǎng)是有效的，納米曝氣可以促進(jìn)污泥的消融。目前，納米曝氣技術(shù)用于污泥減量化主要包括對(duì)生物質(zhì)臭氧氧化的強(qiáng)化。納米曝氣的使用可以降低污泥的運(yùn)行成本，提高污泥的消融效率。為納米氣泡的污泥消融提供了一條合適的途徑。

3 微納米曝氣強(qiáng)化污泥消化的微生物多樣性研究

為了深入研究微生物對(duì)污泥消融作用的影響，對(duì)普通曝氣和納米曝氣2種處理方式中樣品微生物群落進(jìn)行研究。不同反應(yīng)器中PCR-DGGE在圖1中顯示，主要可以得出消融過(guò)程污泥中微生物DNA多樣性。條帶的數(shù)量和密度表示出明顯的差異，普通曝氣和納米曝氣2種處理方式中豐度分別為3.36和3.91。為找出納米曝氣條件下篩選出的不同物種，2個(gè)反應(yīng)條件下樣品條帶進(jìn)行了測(cè)序。在普通曝氣條件下，特異性條帶直指同源性最高微生物為Acinetobacter junii， Enterobacter sp.和Bacillus sp..所有的微生物都適宜于厭氧環(huán)境。

舉例說(shuō)明，Acinetobacter junii主要用于激發(fā)活性污泥系統(tǒng)中磷酸鹽的釋放。現(xiàn)階段研究表明Enterobacter sp.和 Bacillus sp.通常可以在活性污泥和底泥中分離出來(lái)。DGGE分析表明，納米曝氣對(duì)遺傳多樣性影響較大。在納米曝氣條件下，篩選出3個(gè)革蘭氏陰性微生物優(yōu)勢(shì)菌種，分別被鑒定為Delftia sp.. Sphenophorus levis和Stenotrophomonas sp.。據(jù)報(bào)道可知Delftia sp.主要和有機(jī)物降解相關(guān)，難降解有機(jī)物通過(guò)Delftia sp.得到降解，而后轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，并進(jìn)一步得到分解。而Stenotrophomonas sp.可以將毒性有機(jī)物降解為非毒性的，Sphenophorus levis主要與發(fā)酵過(guò)程小分子有機(jī)物釋放相關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著生態(tài)環(huán)境部對(duì)全國(guó)黑臭水體督察專項(xiàng)活動(dòng)的進(jìn)行，污泥處理占據(jù)了環(huán)保工作的大塊市場(chǎng)，具有廣闊的發(fā)展前景。微納米氣泡是新一代的高效節(jié)能環(huán)保技術(shù)，其獨(dú)有的特性展示出了獨(dú)有的功能，而伴隨著微納米氣泡的各種特性為人所熟悉，其應(yīng)用范圍將更加廣闊，可逐漸代替環(huán)保市場(chǎng)中現(xiàn)有的曝氣技術(shù)，其獨(dú)特功能將在環(huán)保領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]潘明初，楊昕宇，王兆倫，等.臭氧微泡技術(shù)提高炭黑在水溶液中的分散穩(wěn)定性[J].硅酸鹽通報(bào)，2009，28（4）：697-703.

[2]初里冰，邢新會(huì)，于安峰.微氣泡強(qiáng)化臭氧氧化機(jī)理的作用研究[J].環(huán)境化學(xué)，2007，26（5）：622-625.

[3]周集體，郭海燕，姜蘇，等.一體化生物膜反應(yīng)器處理生活污水試驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染與防治，2004，4（26）：44-48.

[4]王森，張延青，劉鷹.利用竹球作為曝氣生物濾池填料處理高濃度含氮海水的實(shí)驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（4）： 1287-1291.

[5]彭永臻，王淑瑩，劉瑩，等.序批式生物膜反應(yīng)器不同填料掛膜及短程硝化特性研究[J].環(huán)境污染與防治，2009，31（12）： 22-26.

[6]韓菲，完顏華，遲毅超，等.活性炭纖維載體生物膜法處理洗車廢水研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4（4）：751-755.