污泥處理納米曝氣的應用

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的發展，污水處理廠的發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污水處理廠運營成本的50%~65%，這對環境保護、生態環境治理是一個巨大的挑戰。而了解解決這些問題，污泥消化被認為是從污水處理廠排出的污泥穩定化處理的常用手段。污泥消化在好氧條件下都可以進行。而消化的穩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。這些缺點在工業規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，納米曝氣在內部壓力作用下，收縮破裂無需動態的刺激，僅通過納米曝氣的破裂就可以產生羥基自由基。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的變化是不同的，在污泥降解中，有機物的轉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的礦化。納米氣泡破壞污泥細胞壁并將有機物質氧化，并將生物大分子被釋放和轉化成小分子。

　　納米曝氣與普通曝氣條件下反應器內填料上微生物種群多樣，在絲狀菌的包裹下形成菌膠團。通過對比發現，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，菌膠團形狀較為規則、完整，體積大而且數量多。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量都變少了，微生物呈現塊狀結構。通過SEM檢測可知，納米氣泡形成的菌膠團，有利于氧的傳質。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境。