納米曝氣應用于污泥處理領域的前景淺析

王雷

摘 要：納米曝氣技術在化學反應方面具有優(yōu)勢。該文結(jié)合前期研究，結(jié)合納米曝氣技術過程中的機理，從化學反應角度和微生物反應角度對處理過程進行解析，詳細闡述了納米曝氣產(chǎn)生氣泡消融污泥的化學機理以及處理過程中微生物群落變化，以期加強納米曝氣技術在污泥處理領域的應用。

關鍵詞：納米曝氣；污泥處理；微生物

中圖分類號：X522 文獻標志碼：A

近幾十年來，排水指標的收緊及人口的增長加快了市政管網(wǎng)的發(fā)展，污水處理廠的發(fā)展導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)污水處理廠運營成本的50 %～65 %，這對環(huán)境保護、生態(tài)環(huán)境治理是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，污泥消化被認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行。而消化的穩(wěn)定機制與微生物代謝對污泥中有機成分的降解有關。然而，典型的污泥消化技術存在著含水量大、生物降解性差、能耗高的問題。這些缺點在工業(yè)規(guī)模上的剩余污泥的消融處理過程中可以得到有效克服；因此，一些學者將納米曝氣技術引入污泥消化預處理。

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，收縮破裂無需動態(tài)的刺激，僅通過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化合物產(chǎn)生即時反應，而且納米氣泡技術的應用可以提高污泥的生物降解能力和細胞消融能力。污泥通常含有多種顆粒型有機物和難降解的有機物，象懸浮固體、難降解的可溶性有機物。通常，他們不可生物降解并具有持久毒性，這使傳統(tǒng)的生物處理技術難以建功。

2 微納米曝氣強化污泥消化的作用機理

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，有機物的轉(zhuǎn)化受到了納米氣泡的影響。這些變化與死亡細胞和大分子有機物的分解有關，這表明，納米氣泡明顯增強了污泥的溶解性，增加了水相的DOM含量。

研究指出，在納米氣泡收縮過程中會產(chǎn)生自由基，污泥的消融過程造成懸浮物解體的瓦解，導致了固體（細胞）的消融以及從微生物細胞釋放出可溶性有機質(zhì)的礦化。納米氣泡破壞污泥細胞壁并將有機物質(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。通過對比發(fā)現(xiàn)，普通氣泡的反應器中，菌膠團中微生物相對來講比較致密，表面上能夠明確辨識出絲狀菌及微生物個體，菌膠團形狀較為規(guī)則、完整，體積大而且數(shù)量多。在納米氣泡的反應器中，微生物的種群與普通氣泡反應器相比有所增加，但菌膠團的體積和數(shù)量都變少了，微生物呈現(xiàn)塊狀結(jié)構(gòu)。通過SEM檢測可知，納米氣泡形成的菌膠團，有利于氧的傳質(zhì)。因此，納米曝氣技術對DOM的釋放和微生物的生長是有效的，納米曝氣可以促進污泥的消融。目前，納米曝氣技術用于污泥減量化主要包括對生物質(zhì)臭氧氧化的強化。納米曝氣的使用可以降低污泥的運行成本，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 微納米曝氣強化污泥消化的微生物多樣性研究

為了深入研究微生物對污泥消融作用的影響，對普通曝氣和納米曝氣2種處理方式中樣品微生物群落進行研究。不同反應器中PCR-DGGE在圖1中顯示，主要可以得出消融過程污泥中微生物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個反應條件下樣品條帶進行了測序。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。

舉例說明，Acinetobacter junii主要用于激發(fā)活性污泥系統(tǒng)中磷酸鹽的釋放?，F(xiàn)階段研究表明Enterobacter sp.和 Bacillus sp.通?？梢栽诨钚晕勰嗪偷啄嘀蟹蛛x出來。DGGE分析表明，納米曝氣對遺傳多樣性影響較大。在納米曝氣條件下，篩選出3個革蘭氏陰性微生物優(yōu)勢菌種，分別被鑒定為Delftia sp.. Sphenophorus levis和Stenotrophomonas sp.。據(jù)報道可知Delftia sp.主要和有機物降解相關，難降解有機物通過Delftia sp.得到降解，而后轉(zhuǎn)化為小分子有機物，并進一步得到分解。而Stenotrophomonas sp.可以將毒性有機物降解為非毒性的，Sphenophorus levis主要與發(fā)酵過程小分子有機物釋放相關。

4 結(jié)語

隨著生態(tài)環(huán)境部對全國黑臭水體督察專項活動的進行，污泥處理占據(jù)了環(huán)保工作的大塊市場，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，其獨有的特性展示出了獨有的功能，而伴隨著微納米氣泡的各種特性為人所熟悉，其應用范圍將更加廣闊，可逐漸代替環(huán)保市場中現(xiàn)有的曝氣技術，其獨特功能將在環(huán)保領域中得到更廣泛的應用。

參考文獻

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

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

[3]周集體，郭海燕，姜蘇，等.一體化生物膜反應器處理生活污水試驗研究[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驗研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26（4）： 1287-1291.

[5]彭永臻，王淑瑩，劉瑩，等.序批式生物膜反應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)境工程學報，2010，4（4）：751-755.