全康環(huán)保:本文綜述了新冠疫情背景下，更多表面活性劑進(jìn)入污水處理廠(chǎng)后，對污水處理過(guò)程的負面影響與污水處理廠(chǎng)的應對措施，及其對污泥處理過(guò)程產(chǎn)生的積極影響，以期對污水處理廠(chǎng)在疫情背景下的運行措施調整提供參考。

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，導致更多的表面活性劑進(jìn)入污水處理廠(chǎng)。污水經(jīng)處理后，其中的表面活性劑僅1%隨出水外流，約10%～20%則進(jìn)入剩余污泥。

2）盡管污水中表面活性劑的宏觀(guān)含量并不高，但其特殊兩性分子結構會(huì )降低氧傳質(zhì)效率、破壞污泥絮體結構，并影響脫氮除磷微生物的活性與豐度。

3）在污泥處理方面，表面活性劑會(huì )對污泥絮體脫水、解體與增溶產(chǎn)生正面效果，甚至還能促進(jìn)污泥厭氧消化水解酸化。

4）有必要對表面活性劑來(lái)源、結構及其遷移轉化進(jìn)行梳理，進(jìn)一步探明其對污水處理過(guò)程的負面影響與污水處理廠(chǎng)的應對措施，以及表面活性劑對污泥處理過(guò)程產(chǎn)生的積極影響，以期為污水處理廠(chǎng)在疫情背景下的運行措施調整提供參考。

02

Introduction

內容簡(jiǎn)介

根據表面活性劑基團類(lèi)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(lèi)市場(chǎng)使用量最大，分別占比56.1%和36.8%。

表面活性劑大多為有機成分，對難生物降解和不可生物降解表面活性劑來(lái)說(shuō)，它們絕大部分會(huì )被污泥吸附，隨剩余污泥而排出系統，只有很少部分溶解態(tài)表面活性劑會(huì )隨出水以COD形式排放。因此，應該關(guān)注的是可生物降解表面活性劑，然而即使是可生物降解表面活性劑，其在生物處理過(guò)程中能真正實(shí)現降解也并非易事，不但會(huì )造成能耗與成本增加，而且降解在很多情況也只是母體降解表象，代謝中間產(chǎn)物的毒性甚至可能會(huì )比母體還高。

1. 表面活性劑對污水處理過(guò)程的影響

表面活性劑進(jìn)入污水后，在污水生物處理過(guò)程中會(huì )對曝氣、生物反應等產(chǎn)生負面影響，且濃度越高影響越大。表面活性劑對污水生物處理過(guò)程產(chǎn)生負面影響主要體現在三方面：氧傳質(zhì)、污泥絮體、微生物抑制。

1.1

降低氧傳質(zhì)效率

傳統觀(guān)點(diǎn)：表面活性劑是微溶有機大分子物質(zhì)，具有強親水端和強疏水脂肪族/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，形成有序分子單層。分子單層結構會(huì )施加阻塞效應，增加界面粘度，會(huì )降低空氣與液相之間的氧傳質(zhì)效率。但也有相佐研究，稱(chēng)表面活性劑分子晶格結構會(huì )阻礙氫鍵作用力，導致氣泡體積變小，進(jìn)而降低表面張力，使氣泡均勻分布于氣-液界面，致使液相含氣率提高，即，可改善氧傳質(zhì)。綜合兩種相佐作用，前者對液體傳質(zhì)的負面效應遠遠高于后者，最終表現為降低氧傳質(zhì)效率。

新穎觀(guān)點(diǎn)：較低濃度表面活性劑存在時(shí)高濃度表面活性劑存在情況下，表觀(guān)粘度（μapp）與細胞碎片增加很可能是OTE降低的原因，OTE可能會(huì )因生物降解表面活性劑或生物降解其裂解的EPS，從而加快氧傳質(zhì)效率，污泥氧轉移性能主要取決于污泥形態(tài)參數，如，MLSS，SV30，絮體直徑和μapp等，而與進(jìn)水表面活性劑關(guān)系不大。

1.2

破壞污泥絮體

污泥絮體與表面活性劑結合會(huì )影響絮體形態(tài)，導致絮體中結合松散的EPS（LB-EPS）破裂，進(jìn)而影響緊密的EPS（TB-EPS）、甚至細胞結構。

1.3

抑制微生物活性

表面活性劑對污水處理涉及微生物影響包括幾個(gè)方面：1）低濃度時(shí)可用作碳源，一定程度可助厭氧釋磷或反硝化，而高濃度表面活性劑則會(huì )對微生物產(chǎn)生毒性作用；2）對微生物細胞膜等結構產(chǎn)生破壞作用，而對膜電位影響可能改變代謝控制，甚至可能與細胞膜物質(zhì)直接作用，導致細胞膜溶解，進(jìn)而影響優(yōu)勢菌屬類(lèi)別以及菌屬相對豐度；3）通過(guò)靜電或疏水相互作用與酶蛋白催化殘基結合，導致酶活性降低；4）表面活性劑作為一種活性基團，可與基質(zhì)大分子（淀粉、蛋白質(zhì)、肽和DNA等）結合，嚴重時(shí)它們會(huì )直接插入各種細胞結構片段（如，細胞膜磷脂雙分子層），進(jìn)而導致功能失調。

2. 對污泥處理的影響與潛在利用

2.1 

污泥脫水預處理

表面活性劑具有和聚丙烯酰胺類(lèi)似功能，可以用作脫水助劑，能大幅度降低濾餅水分含量。具體來(lái)說(shuō)，表面活性劑親水基團會(huì )與蛋白質(zhì)結合，從而損害生物膜功能性和完整性；而疏水基團與脂質(zhì)結合，可導致膜液化、損害其屏障特性。與此同時(shí)，表面活性劑攜帶的電荷效應會(huì )在一定程度上中和污泥表面電荷，降低污泥之間靜電斥力，使污泥絮體變得松散；表面活性劑也會(huì )增加細胞疏水性，促進(jìn)細胞與細胞之間的相互作用，進(jìn)一步誘導污泥絮體從親水性液相中脫出，從而提高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

表面活性劑可以促進(jìn)污泥水解，其作用機理包括：1）增溶；2）酶釋放。表面活性劑通過(guò)降低表面張力或形成膠束來(lái)增強顆粒的溶解度，引起污泥物質(zhì)分解，特別是EPS，會(huì )釋放更多蛋白質(zhì)和碳水化合物，表現為聚集態(tài)大分子有機物轉化為小分子或溶解態(tài)物質(zhì)，增加厭氧消化產(chǎn)甲烷階段可利用的底物濃度。另一方面，酶和EPS之間由于存在靜電相互作用，形成穩定的EPS-酶復合物，EPS釋放也意味著(zhù)水解酶可以從污泥中釋放出來(lái)，從而提高了水解效率。

表面活性劑對污泥水解影響機理（來(lái)自原文）

2.2.2 抑制產(chǎn)甲烷

厭氧消化系統中表面活性劑抑制產(chǎn)甲烷可能與兩個(gè)原因密切相關(guān)：1）直接抑制產(chǎn)甲烷，阻斷轉化途徑；2）抑制產(chǎn)甲烷菌群，破壞不同厭氧種群之間存在的共營(yíng)養關(guān)系，導致系統失衡。

2.3

污泥資源化

剩余污泥EPS具有高值回收潛力，而表面活性劑有助于EPS與細胞分離，在EPS提取與回收中發(fā)揮“事半功倍”的效果，其機理主要是表面活性劑參與能部分剝離蛋白質(zhì)四級和三級結構，從而實(shí)現EPS分離提取。表面活性劑不僅可實(shí)現物質(zhì)分離，也可以實(shí)現提取物質(zhì)增產(chǎn)。添加表面活性劑后EPS粒徑明顯減小，意味著(zhù)表面活性劑可能僅僅是整體提高了EPS溶出或溶解過(guò)程而提高了EPS產(chǎn)量。不同表面活性劑種類(lèi)提高效果不同，這表明表面活性劑因自身結構不同亦會(huì )產(chǎn)生獨特的增產(chǎn)機理。