化学生物絮凝工艺中化生物作用的抑制作用的论文.doc

化学生物絮凝工艺中化生物作用的抑制作用的论文 摘要：化学生物絮凝工艺是利用化学和生物的协同作用对污水进行强化一级处理的深度集成工艺由于化学絮凝、沉淀和生物絮凝、吸附、降解的共同作用化学生物絮凝工艺对污水的处理效果优于单独的化学絮凝效果但一些研究表明投加量小时二者的协同性能比投加量大时较佳表明二者的协同作用不是简单的数学叠加在高投加量时二者还存在一定的抑制作用本文对化学生物絮凝工艺中的化学和生物的抑制作用进行了探讨 论文关键词：化学生物絮凝,化学絮凝,强化一级处理,协同作用,抑制作用 为解决水资源污染和短缺的问题污水一级强化深度处理工艺已经成为国内外污水处理研究的热点目前一些主要的强化一级处理工艺主要有：化学强化一级处理工艺、生物絮凝吸附强化一级处理工艺和化学生物絮凝强化一级处理工艺1,2,3,4其中化学生物絮凝强化一级工艺是近几年提出的一种结合了化学和生物协同絮凝作用的强化一级处理新工艺它由一个停留时间短的曝气池（30分钟左右）和沉淀池构成5它的主要特点是利用混合絮凝反应和污泥回流形成良好的絮凝反应条件在化学絮凝和生物絮凝的协同作用下去除污染物6它既有高效的对SS、TP、胶体态状和悬浮态的COD的去除效果又可以实现对部分溶解性有机物的去除7因此它有较好的污水处理效果 一些研究结果表明这种协同作用在混凝剂和活性污泥剂量比较小时比较明显；当剂量增加时协同效果减弱去除率增加趋势缓慢当剂量继续增加时对某些污染物的去处效率还有减少的现象 图1不同PAFC投加量下COD的去除效果 图2不同PAFC投加量下溶解性COD的去除效果 图3不同PAFC投加量下SS的去除效果 图1、图2、图3引用张志斌6等的研究图表与数据结果表明：在污泥回流量一定的情况下化学生物絮凝凝工艺的各个污染物指标处理效果高于化学强化混凝工艺但随着PAFC剂量的增加化学生物絮凝工艺对CODcr和溶解性CODc、SS的去除增加相对缓慢；在投加量小于70mg/L两种工艺对SS的去除率增加趋势的差别特别明显；投加量俞大两种工艺的去除率差别俞小而对于CODcr和溶解性CODcr而言当PAFC剂量为100mg/L时的去除率反而小于PAFC剂量为80mg/L时的去除率 卢峰8的实验也表明：结果混凝剂、助凝剂量一定时污泥回流比加大并没有明显提高磷酸盐的去除率；回流比的大时COD的去除效率反而小于回流比小时的COD的去除效率；而且污泥回流较大时对SS的去除效果与污泥回流时差别不大 沈小红9的研究结果中指出化学生物絮凝和化学混凝的各个污染物的去除率在投加量小时差值较大；对COD的去除而言PAFC剂量分别为100、80、50、30mg/L时两工艺的去除率相差分别为14%、24%、22%、29%罗坚10的研究中当PAFC投加量为10.6mg/L(以AI2O3计)COD、SS、PO43P、TP的去除率非别为65%、78.8、72.7%、 72.%；当增加80%的回流污泥后其去除效率分别为67.8%、80.2%、74.7%、71.3%；前三项指标的去除率增加量非别为2.8%、1.4%、2.0%增加效果不明显；对TP的去除率却下降了1.3%反而不如化学混凝的效果好 以上研究结果表明二则的协同作用不是简单的数学叠加；在纯在协同作用的同时还有相互抑制的作用6尤其是在投加量相对较高的时候抑制作用更加突出因此使得去除效果增加不明显甚至下降但以上研究没有对抑制作用的原因进行深入的分析因此笔者通过探讨高投加量时二者的抑制作用的原因为探索减少抑制作用的条件充分发挥二者的协同作用提供借鉴；可以进一步减少混凝剂、絮凝剂的用量降低污泥回流量减少污泥回流动力设施和费用节约经济成本 2.抑制作用分析 2.1竞争抑制作用 化学生物絮凝工艺中由于混凝剂和活性污泥对污染物去除能力很大该工艺对各个指标的去除效果较佳但混凝剂和污泥的浓度比较大时二者的协同作用相对降低这一定程度是由于混凝剂和活性污泥之间存在相互竞争污染物底物的作用活性污泥的吸附势能不仅可以吸附COD、SS、TP等指标,它的吸附空位上还可以填充大分子的混凝剂或其支链絮凝剂可能会和活性污泥优先结合影响活性污泥的去除效果铁、铝离子可以与活性污泥中的微生物细胞所分泌的胞外聚合物结合影响微生物的絮凝作用以及化学絮凝效果另外像铁离子是构成微生物体内酶的重要铸成部分它在生物体内的含量维持在某一特定值才保持酶的生物活性发挥微生物的生物降解作用如果混凝剂的剂量过高过多的铁离子进入细胞内与酶作用影响到酶的作用的正常发挥；其它的金属离子则会引起酶中毒；同时由于铁、铝离流入细胞内这也会影响到絮凝剂的絮凝效果 2.2污泥的抑制作用 污泥剂量小的时候单位用量的污泥的处理效率较大这主要是由于活性污泥的吸附作用和微生物的生物絮凝作用而活性污泥的量增大时去除率增大但是相对增加量会减少协同效果下降；活性污泥的剂量继续增加的时候某些指标的去除率可能会下降去除量也会减少这说明：可能是由于活性污泥中的微生物的调节作用活性污泥的吸附作用是一个动态的吸附过程存在一个吸附和解吸的过程；已被活性污泥吸附的污染物在向水中释放回流污泥量达污泥浓度达相互堆集比表面积会大大减少；其吸附空位可能会发生重叠回流污泥量大时是污泥包围着污染物被包围的那部分污染物同时被许多不同的吸附空位竞争地吸引着这就造成污泥的吸附效果只发生了局部的作用 回流的污泥中不仅含有未反应的混凝剂也含有一定的磷酸盐、TP,以及悬浮固体颗粒溶解性的以及非溶解性的COD等污染物指标而且污水处理效果较好时污泥中的这些物质的浓度较大因此回流后流后的这部分物质会增加污水中的污染物指标而且它们的转化形式有两种：一部分消耗药剂继续转化为污泥被去除掉另外一部分随处水排出这在一定程度也影响到出水的水质 2.3混凝剂的毒害抑制作用 当回流活性污泥量或混凝剂的投加量都很大的时候二者的抑制作用还可以解释如下主要是过多的絮凝剂对微生物的抑制作用活性污泥中的微生物降解有机污染物必须经过微生物细胞对有机颗粒的吸附、有机颗粒物质进入生物细胞内部、细胞对颗粒物的生物降解作用、代谢物的释放其中被吸附到细胞表面的颗粒物由于它们的分子量比较大颗粒的尺寸也比较大一般不可能通过自由扩散透11过细胞膜进入到细胞的内部必须先与细胞表面的蛋白质运输载体结合后才通过蛋白质载体的促进扩散作用和主动运输11作用进入细胞内部参与生物降解作用颗粒物的主动运输作用需要消耗ATP所释放的能量输率比较慢但是像Fe3+和AI3+则由于是小分子物质可以很容易通过细胞膜的磷脂双分子层进入细胞的内部此过程不消耗能量动力是浓度梯度 当混凝剂的用量增加过大时可能会有过量的Fe3+和AI3+比较容易地进入细胞内部大量地聚集于细胞基质中 当Fe3+和AI3+离子过多的时候基质内的离子强度增加就影响到这些基体的生长环境；过多的离子可能会过多地黏附于基体的表面和基体发生不利的物理、化学作用（如影响基体的物质交换作用）影响到其对水体中的有机颗粒的正常的代谢活动降低了各个污染物的去除量或者去除效率另外混凝剂的量过大时生成的絮体的量也较多生物体表面聚集的这些絮体的可能性也就愈大这些絮体颗粒和生物体可能带有异性的电荷发生吸附造成絮体颗粒黏附在生物体的表面这样就会造成絮体和有机颗粒的接触机会的下降降低微生物细胞对有机物的吸附效果影响颗粒物质的传质扩善作用 其次由于一些微生物的生命活动需要的能量是由下式反应提供的： ATPADP+PO43+E. (E代表此反应过程所释放的能量用于参与生物体的一切生命活动)同时此反应还是可逆的过程微生物在降解有机物、合成生物体的时候还必须合成ATP储备能量这必须要有必要量的PO43但是进入达到生物体细胞内的Fe3+,有可能与PO43离子生成沉淀这就较少了生物体内合成储备能量物质的ATP的基质PO43这就会减少了生物生命活动的能源基础因而影响到生物的生理活性降低其降解有机物的功能 由于Fe3+还具有一定的氧化性它不仅可以降低生物细胞内的酶的生物活性而且在其通过细胞膜自由扩散进入到细胞内部时它可以氧化它所触及到的载体蛋白质即使是部分Fe3+黏附于细胞膜的表面由于这些蛋白质可以自由地移动于细胞膜的磷脂双分子层之间因而部分可以到达细胞膜外表面被Fe3+离子所氧化通过以上两种情况下的化学氧化作用使这些具有运输功能蛋白质变质失活丧失其作为有机物质、代谢产物进出生物细胞载体的作用降低微生物体的生物活性因而削弱了对水体污染物质的吸附、降解作用 3结论 由于化学生物絮凝工艺中化学和生物絮凝的协同作用该工艺的处理效果比化学强化处理工艺更优有广泛的应用前景但在较高投加量下虽然处理效果有所提高但二者的协同作用相对降低协同性能下降说明化学作用和生物作用即存在协同作用也存在相互的抑制作用；这两种作用和它们的投加量存在一定的关系二者随着剂量的增加而增强但是增加趋势应有所不同低投加量时两种作用相对不大但协同作用远大于抑制作用使二者显现出较好的协同效果当投加量增大时两种作用都增加但是抑制作用的增加要快于协同作用而且还会影响到协同作用抑制作用表现明显因而使协同作用相对下降协同效果相对减弱 参考文献： 1BlancaJimenezC,HomeroLandaV.PhysicalChemicalandBacteriologicalCharacterizationofWastewaterfromMexicoCityJWat.Sci.Tech,l998,37(1)：l8. 2HarlenanDRF,MurcottS.TheRoleofPhysica1ChemicalWastewaterTreatmentintheMegaCitiesoftheDevelopingWorldJ.Wat,Sci.Tech,l999,40(4)：758O. 3任洁,王闯,邵志刚.上海河流污水物化法强化一级处理的中试研究J.给水排水,1999,25(9)：89. 4夏四清,杨殿海,高廷耀.城市污水强化一级处理工艺中的生物作用J.中国给水排水,19(2)：6163. 5郑兴灿,张悦,陈立.化学生物联台絮凝的污水强化一级处理工艺J.中国给水排水,2000,16(7)：2932. 6余松,夏四清,赵建夫.化学生物絮凝与化学絮凝工艺处理城市污水J.环境污染与防治,28(1):6568. 7张志斌