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化学解偶联剂污泥减量技术的研究进展
更新时间:2017-01-25 来源:​《工业水处理》 作者:李鹤超,严红,肖本益

摘要:针对日益严重的污泥问题,从污泥减量效果、出水水质及污泥性质等方面归纳和总结了以“源头控制”为目标的化学解偶联剂污泥减量技术的研究现状, 阐述了化学解偶联剂污泥减量技术的机理及化学解偶联剂的种类和特点,详细讨论了化学解偶联剂的污泥减量效果及其对COD、N、P 去除和污泥沉降性、活性、絮体结构与微生物群落结构等的影响及影响因素,并指出了这种污泥减量技术目前存在的问题和今后的发展方向。

污泥是污水生物处理过程中产生的一种副产物,是一种重要的固体有机废弃物。污水生物处理过程中会产生大量污泥,据估计,实际运行的污水处理厂污泥产率可达0.52~1.22 kg/kg,截止到2011 年底,我国的污泥产量已达到3.48×107 t(含水率80%)〔1〕。由于污水中很多污染物在污水生物处理过程中会最终转移到污泥中,因此污泥必须得到妥善处理处置。然而由于污泥处理的投资和运行费用巨大〔2-3〕,污泥处理处置已成为污水处理厂所面临的沉重负担和难题,减少污泥量十分必要。化学解偶联剂污泥减量技术是一种以“源头控制”为目标的污泥减量技术。这种技术操作方便、技术实施简单、投资较少、易在原有工艺中实现且减量效果好,是目前污泥减量技术的研究热点之一〔2-5〕。

然而由于这种技术还有一些不足,目前仍然处于实验室研究阶段,离实际应用还有一定距离。笔者对其机理、研究现状与进展、存在问题和发展方向等进行总结和归纳,以期推动该技术的发展和应用。

1 化学解偶联剂污泥减量技术的机理

微生物的代谢偶联是指微生物代谢过程中,分解代谢(氧化作用)和合成代谢(磷酸化作用)的偶联,其中分解代谢是底物脱氢或失电子的过程,而合成代谢是指二磷酸腺苷与磷酸合成三磷酸腺苷(ATP)的过程〔6-7〕。在正常生理条件下分解代谢和合成代谢紧密地偶联,而合成ATP 的决定因素是H+的跨膜梯度。化学解偶联剂可以消除细胞膜之间的质子梯度,从而抑制ATP 的合成。值得注意的是,解偶联剂只消除膜两边的质子或电位梯度,不但不会抑制呼吸链的电子传递,反而加速电子传递,促进呼吸底物和分子氧的消耗, 产生的能量以热量的形式散发而不合成ATP。化学解偶联剂污泥减量的机理就在于在污水生物处理过程中利用化学解偶联剂使污泥微生物的分解代谢和合成代谢脱偶联,分解代谢远大于合成代谢,从而使污染物大部分氧化分解成CO2和水,而较少合成新的污泥〔3-5〕。

2 化学解偶联剂的种类及特性

从1948 年W. F. Loomis 等〔8〕首次发现2,4-二硝基苯酚可作为化学解偶联剂起,经过几十年的研究, 已经发现了10 多种可用于有效减量污泥的化学解偶联剂〔9-11〕。目前研究的化学解偶联剂包括硝基酚类:2,4- 二硝基苯酚(DNP)、对硝基苯酚(p-NP)、间硝基苯酚(m-NP)、邻硝基苯酚(o-NP)等;氯酚类:如邻氯苯酚(o-CP)、对氯苯酚(p-CP)、间氯苯酚(m-CP)、三氯苯酚(TCP),2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)、五氯苯酚(PCP),3,3’,4’,5-四氯水杨酰苯胺(TCS)等;季铵盐类:如苄基季铵盐;季磷盐类:四羟四甲基硫酸磷(THPS),氯化四羟甲基磷(THPC);氨基酚:如邻氨基酚(AP)、2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D) 和氨基酸等。

现有文献表明大部分化学解偶联剂具有弱酸性,且为脂溶性。弱酸性使其在不同pH 环境下均可结合H+或释放H+,通常解偶联剂的酸度越低,污泥减量效果越好,但解偶联剂的污泥减量效果还受到许多其他因素的影响。而脂溶性则使其能自由透过磷脂双分子层,将膜外的H+转移到膜内,从而消除质子梯度。但最新发现的一种水溶性有化合物THPS 具有解偶联效果〔10〕,说明非脂溶性物质也可以作为化学解偶联剂。在污水处理过程中,化学解偶联剂的脂溶性会导致其在水中溶解度不高,降解慢,这可能是化学解偶联剂应用于污水处理中的不足。

3 化学解偶联剂的污泥减量效果

文献表明化学解偶联剂的污泥减量可达到21%~87%,不同化学解偶联剂的污泥减量效果如表1 所示。

版权、出处:《工业水处理》

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