本期向大家引薦團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《環(huán)境工程學(xué)報(bào)》2021年第6期上的研討綜述《疫情背景下污水中的外表活性劑對(duì)污水處置效果的影響與機(jī)理》。本文綜述了新冠疫情背景下，更多外表活性劑進(jìn)入污水處置廠后，對(duì)污水處置過(guò)程的負(fù)面影響與污水處置廠的應(yīng)對(duì)措施，及其對(duì)污泥處置過(guò)程產(chǎn)生的積極影響，以期對(duì)污水處置廠在疫情背景下的運(yùn)轉(zhuǎn)措施調(diào)整提供參考。
01
Main points
文章亮點(diǎn)
1）新冠疫情使人們洗手消毒的頻次增加，招致更多的外表活性劑進(jìn)入污水處置廠。污水經(jīng)處置后，其中的外表活性劑僅1%隨出水外流，約10%～20%則進(jìn)入剩余污泥。
2）雖然污水中外表活性劑的宏觀含量并不高，但其特殊兩性分子構(gòu)造會(huì)降低氧傳質(zhì)效率、毀壞污泥絮體構(gòu)造，并影響脫氮除磷微生物的活性與豐度。
3）在污泥處置方面，外表活性劑會(huì)對(duì)污泥絮體脫水、崩潰與增溶產(chǎn)生正面效果，以至還能促進(jìn)污泥厭氧消化水解酸化。
4）有必要對(duì)外表活性劑來(lái)源、構(gòu)造及其遷移轉(zhuǎn)化停止梳理，進(jìn)一步探明其對(duì)污水處置過(guò)程的負(fù)面影響與污水處置廠的應(yīng)對(duì)措施，以及外表活性劑對(duì)污泥處置過(guò)程產(chǎn)生的積極影響，以期為污水處置廠在疫情背景下的運(yùn)轉(zhuǎn)措施調(diào)整提供參考。
02
Introduction
內(nèi)容簡(jiǎn)介
依據(jù)外表活性劑基團(tuán)類型，可將其分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型以及兩性離子型，非離子型和陰離子型兩類市場(chǎng)運(yùn)用量最大，分別占比56.1%和36.8%。
外表活性劑大多為有機(jī)成分，對(duì)難生物降解和不可生物降解外表活性劑來(lái)說(shuō)，它們絕大局部會(huì)被污泥吸附，隨剩余污泥而排出系統(tǒng)，只要很少局部溶解態(tài)外表活性劑會(huì)隨出水以COD方式排放。因而，應(yīng)該關(guān)注的是可生物降解外表活性劑，但是即便是可生物降解外表活性劑，其在生物處置過(guò)程中能真正完成降解也并非易事，不但會(huì)形成能耗與本錢(qián)增加，而且降解在很多狀況也只是母體降解表象，代謝中間產(chǎn)物的毒性以至可能會(huì)比母體還高。
1. 外表活性劑對(duì)污水處置過(guò)程的影響
外表活性劑進(jìn)入污水后，在污水生物處置過(guò)程中會(huì)對(duì)曝氣、生物反響等產(chǎn)生負(fù)面影響，且濃度越高影響越大。外表活性劑對(duì)污水生物處置過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響主要表現(xiàn)在三方面：氧傳質(zhì)、污泥絮體、微生物抑止。
1.1
降低氧傳質(zhì)效率
傳統(tǒng)觀念：外表活性劑是微溶有機(jī)大分子物質(zhì)，具有強(qiáng)親水端和強(qiáng)疏水脂肪族/芳香端。曝氣過(guò)程中，疏水端吸附在氣液界面，而親水端則延伸至本體溶液中，構(gòu)成有序分子單層。分子單層構(gòu)造會(huì)施加阻塞效應(yīng)，增加界面粘度，會(huì)降低空氣與液相之間的氧傳質(zhì)效率。但也有相佐研討，稱外表活性劑分子晶格構(gòu)造會(huì)障礙氫鍵作用力，招致氣泡體積變小，進(jìn)而降低外表張力，使氣泡平均散布于氣-液界面，致使液相含氣率進(jìn)步，即，可改善氧傳質(zhì)。綜合兩種相佐作用，前者對(duì)液體傳質(zhì)的負(fù)面效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者，最終表現(xiàn)為降低氧傳質(zhì)效率。
新穎觀念：較低濃度外表活性劑存在時(shí)高濃度外表活性劑存在狀況下，表觀粘度（μapp）與細(xì)胞碎片增加很可能是OTE降低的緣由，OTE可能會(huì)因生物降解外表活性劑或生物降解其裂解的EPS，從而加快氧傳質(zhì)效率，污泥氧轉(zhuǎn)移性能主要取決于污泥形態(tài)參數(shù)，如，MLSS，SV30，絮體直徑和μapp等，而與進(jìn)水外表活性劑關(guān)系不大。
1.2
毀壞污泥絮體
污泥絮體與外表活性劑分離會(huì)影響絮體形態(tài)，招致絮體中分離松懈的EPS（LB-EPS）決裂，進(jìn)而影響嚴(yán)密的EPS（TB-EPS）、以至細(xì)胞構(gòu)造。
1.3
抑止微生物活性
外表活性劑對(duì)污水處置觸及微生物影響包括幾個(gè)方面：1）低濃度時(shí)可用作碳源，一定水平可助厭氧釋磷或反硝化，而高濃度外表活性劑則會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒性作用；2）對(duì)微生物細(xì)胞膜等構(gòu)造產(chǎn)生毀壞作用，而對(duì)膜電位影響可能改動(dòng)代謝控制，以至可能與細(xì)胞膜物質(zhì)直接作用，招致細(xì)胞膜溶解，進(jìn)而影響優(yōu)勢(shì)菌屬類別以及菌屬相對(duì)豐度；3）經(jīng)過(guò)靜電或疏水互相作用與酶蛋白催化殘基分離，招致酶活性降低；4）外表活性劑作為一種活性基團(tuán)，可與基質(zhì)大分子（淀粉、蛋白質(zhì)、肽和DNA等）分離，嚴(yán)重時(shí)它們會(huì)直接插入各種細(xì)胞構(gòu)造片段（如，細(xì)胞膜磷脂雙分子層），進(jìn)而招致功用失調(diào)。
2. 對(duì)污泥處置的影響與潛在應(yīng)用
2.1
污泥脫水預(yù)處置
外表活性劑具有和聚丙烯酰胺相似功用，能夠用作脫水助劑，能大幅度降低濾餅水分含量。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，外表活性劑親水基團(tuán)會(huì)與蛋白質(zhì)分離，從而損傷生物膜功用性和完好性；而疏水基團(tuán)與脂質(zhì)分離，可招致膜液化、損傷其屏障特性。與此同時(shí)，外表活性劑攜帶的電荷效應(yīng)會(huì)在一定水平上中和污泥外表電荷，降低污泥之間靜電斥力，使污泥絮體變得松懈；外表活性劑也會(huì)增加細(xì)胞疏水性，促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間的互相作用，進(jìn)一步誘導(dǎo)污泥絮體從親水性液相中脫出，從而進(jìn)步沉降速率和脫水性能。
2.2
厭氧消化
2.2.1 促進(jìn)水解酸化
外表活性劑能夠促進(jìn)污泥水解，其作用機(jī)理包括：1）增溶；2）酶釋放。外表活性劑經(jīng)過(guò)降低外表張力或構(gòu)成膠束來(lái)加強(qiáng)顆粒的溶解度，惹起污泥物質(zhì)合成，特別是EPS，會(huì)釋放更多蛋白質(zhì)和碳水化合物，表現(xiàn)為匯集態(tài)大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子或溶解態(tài)物質(zhì)，增加厭氧消化產(chǎn)甲烷階段可應(yīng)用的底物濃度。另一方面，酶和EPS之間由于存在靜電互相作用，構(gòu)成穩(wěn)定的EPS-酶復(fù)合物，EPS釋放也意味著水解酶能夠從污泥中釋放出來(lái)，從而進(jìn)步了水解效率。
外表活性劑對(duì)污泥水解影響機(jī)理（來(lái)自原文）
2.2.2 抑止產(chǎn)甲烷
厭氧消化系統(tǒng)中外表活性劑抑止產(chǎn)甲烷可能與兩個(gè)緣由親密相關(guān)：1）直接抑止產(chǎn)甲烷，阻斷轉(zhuǎn)化途徑；2）抑止產(chǎn)甲烷菌群，毀壞不同厭氧種群之間存在的共營(yíng)養(yǎng)關(guān)系，招致系統(tǒng)失衡。
2.3
污泥資源化
剩余污泥EPS具有高值回收潛力，而外表活性劑有助于EPS與細(xì)胞別離，在EPS提取與回收中發(fā)揮“事半功倍”的效果，其機(jī)理主要是外表活性劑參與能局部剝離蛋白質(zhì)四級(jí)和三級(jí)構(gòu)造，從而完成EPS別離提取。外表活性劑不只可完成物質(zhì)別離，也能夠完成提取物質(zhì)增產(chǎn)。添加外表活性劑后EPS粒徑明顯減小，意味著外表活性劑可能僅僅是整體進(jìn)步了EPS溶出或溶解過(guò)程而進(jìn)步了EPS產(chǎn)量。不同外表活性劑品種進(jìn)步效果不同，這標(biāo)明外表活性劑因本身構(gòu)造不同亦會(huì)產(chǎn)生共同的增產(chǎn)機(jī)理。
原文發(fā)表于《環(huán)境工程學(xué)報(bào)》：郝曉地, 楊振理, 李季. 疫情背景下污水中的外表活性劑對(duì)污水處置效果的影響與機(jī)理[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2021, 15 (06): 1831-1839.
