| 标题 | 纳米曝气应用于污泥处理领域的前景浅析 |
| 范文 | 王雷 摘 要：纳米曝气技术在化学反应方面具有优势。该文结合前期研究，结合纳米曝气技术过程中的机理，从化学反应角度和微生物反应角度对处理过程进行解析，详细阐述了纳米曝气产生气泡消融污泥的化学机理以及处理过程中微生物群落变化，以期加强纳米曝气技术在污泥处理领域的应用。 关键词：纳米曝气；污泥处理；微生物 中图分类号：X522 文献标志码：A 近几十年来，排水指标的收紧及人口的增长加快了市政管网的发展，污水处理厂的发展导致污水污泥的排放量也迅速增加。污水污泥的处理和处置单元占据污水处理厂运营成本的50 %～65 %，这对环境保护、生态环境治理是一个巨大的挑战。为了解决这些问题，污泥消化被认为是从污水处理厂排出的污泥稳定化处理的常用手段。污泥消化在好氧或厌氧条件下都可以进行。而消化的稳定机制与微生物代谢对污泥中有机成分的降解有关。然而，典型的污泥消化技术存在着含水量大、生物降解性差、能耗高的问题。这些缺点在工业规模上的剩余污泥的消融处理过程中可以得到有效克服；因此，一些学者将纳米曝气技术引入污泥消化预处理。 1 微纳米气泡的介绍 已有研究表明，纳米曝气在内部压力作用下，收缩破裂无需动态的刺激，仅通过纳米曝气的破裂就可以产生羟基自由基。此外，羟基自由基具有更高氧化还原电位，不仅可以与绝大部分有机化合物产生即时反应，而且纳米气泡技术的应用可以提高污泥的生物降解能力和细胞消融能力。污泥通常含有多种颗粒型有机物和难降解的有机物，象悬浮固体、难降解的可溶性有机物。通常，他们不可生物降解并具有持久毒性，这使传统的生物处理技术难以建功。 2 微纳米曝气强化污泥消化的作用机理 纳米曝气与普通曝气条件下的物质的变化是不同的，在污泥降解中，有机物的转化受到了纳米气泡的影响。这些变化与死亡细胞和大分子有机物的分解有关，这表明，纳米气泡明显增强了污泥的溶解性，增加了水相的DOM含量。 研究指出，在纳米气泡收缩过程中会产生自由基，污泥的消融过程造成悬浮物解体的瓦解，导致了固体（细胞）的消融以及从微生物细胞释放出可溶性有机质的矿化。纳米气泡破坏污泥细胞壁并将有机物质氧化，并将生物大分子被释放和转化成小分子。 纳米曝气与普通曝气条件下反应器内填料上微生物种群多样，在丝状菌的包裹下形成菌胶团。通过对比发现，普通气泡的反应器中，菌胶团中微生物相对来讲比较致密，表面上能够明确辨识出丝状菌及微生物个体，菌胶团形状较为规则、完整，体积大而且数量多。在纳米气泡的反应器中，微生物的种群与普通气泡反应器相比有所增加，但菌胶团的体积和数量都变少了，微生物呈现块状结构。通过SEM检测可知，纳米气泡形成的菌胶团，有利于氧的传质。因此，纳米曝气技术对DOM的释放和微生物的生长是有效的，纳米曝气可以促进污泥的消融。目前，纳米曝气技术用于污泥减量化主要包括对生物质臭氧氧化的强化。纳米曝气的使用可以降低污泥的运行成本，提高污泥的消融效率。为纳米气泡的污泥消融提供了一条合适的途径。 3 微纳米曝气强化污泥消化的微生物多样性研究 为了深入研究微生物对污泥消融作用的影响，对普通曝气和纳米曝气2种处理方式中样品微生物群落进行研究。不同反应器中PCR-DGGE在图1中显示，主要可以得出消融过程污泥中微生物DNA多样性。条带的数量和密度表示出明显的差异，普通曝气和纳米曝气2种处理方式中丰度分别为3.36和3.91。为找出纳米曝气条件下筛选出的不同物种，2个反应条件下样品条带进行了测序。在普通曝气条件下，特异性条带直指同源性最高微生物为Acinetobacter junii， Enterobacter sp.和Bacillus sp..所有的微生物都适宜于厌氧环境。 举例说明，Acinetobacter junii主要用于激发活性污泥系统中磷酸盐的释放。现阶段研究表明Enterobacter sp.和 Bacillus sp.通常可以在活性污泥和底泥中分离出来。DGGE分析表明，纳米曝气对遗传多样性影响较大。在纳米曝气条件下，筛选出3个革兰氏阴性微生物优势菌种，分别被鉴定为Delftia sp.. Sphenophorus levis和Stenotrophomonas sp.。据报道可知Delftia sp.主要和有机物降解相关，难降解有机物通过Delftia sp.得到降解，而后转化为小分子有机物，并进一步得到分解。而Stenotrophomonas sp.可以将毒性有机物降解为非毒性的，Sphenophorus levis主要与发酵过程小分子有机物释放相关。 4 结语 随着生态环境部对全国黑臭水体督察专项活动的进行，污泥处理占据了环保工作的大块市场，具有广阔的发展前景。微纳米气泡是新一代的高效节能环保技术，其独有的特性展示出了独有的功能，而伴随着微纳米气泡的各种特性为人所熟悉，其应用范围将更加广阔，可逐渐代替环保市场中现有的曝气技术，其独特功能将在环保领域中得到更广泛的应用。 参考文献 [1]潘明初，杨昕宇，王兆伦，等.臭氧微泡技术提高炭黑在水溶液中的分散稳定性[J].硅酸盐通报，2009，28（4）：697-703. [2]初里冰，邢新会，于安峰.微气泡强化臭氧氧化机理的作用研究[J].环境化学，2007，26（5）：622-625. [3]周集体，郭海燕，姜苏，等.一体化生物膜反应器处理生活污水试验研究[J].环境污染与防治，2004，4（26）：44-48. [4]王森，张延青，刘鹰.利用竹球作为曝气生物滤池填料处理高浓度含氮海水的实验研究[J].农业环境科学学报，2007，26（4）： 1287-1291. [5]彭永臻，王淑莹，刘莹，等.序批式生物膜反应器不同填料挂膜及短程硝化特性研究[J].环境污染与防治，2009，31（12）： 22-26. [6]韓菲，完颜华，迟毅超，等.活性炭纤维载体生物膜法处理洗车废水研究[J].环境工程学报，2010，4（4）：751-755. |
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