王雷

摘 要：納米曝氣技術(shù)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(shù)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(shù)在污泥處理領(lǐng)域的應用。

關(guān)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(guān)。然而，典型的污泥消化技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(guān)，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(shù)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(shù)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.通常可以在活性污泥和底泥中分離出來。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(guān)，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(guān)。

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(shù)，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(shù)，其獨特功能將在環(huán)保領(lǐng)域中得到更廣泛的應用。

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