广东国际泵管阀展览会logo

第七届广东泵阀展

广东国际泵管阀展览会 FLOWTECH CHINA (GUANGDONG) 2022

2022331日-42日 广州丨保利世贸博览馆

距离开展

当前位置:首页 » 新闻资讯 » 表面活性剂对污水处理效果的影响与机理

表面活性剂对污水处理效果的影响与机理

本文综述了新冠疫情背景下,更多表面活性剂进入污水处理厂后,对污水处理过程的负面影响与污水处理厂的应对措施,及其对污泥处理过程产生的积极影响,以期对污水处理厂在疫情背景下的运行措施调整提供参考。

 

01 文章亮点

 

1)新冠疫情使人们洗手消毒的频次增加,导致更多的表面活性剂进入污水处理厂。污水经处理后,其中的表面活性剂仅1%随出水外流,约10%~20%则进入剩余污泥。

 

2)尽管污水中表面活性剂的宏观含量并不高,但其特殊两性分子结构会降低氧传质效率、破坏污泥絮体结构,并影响脱氮除磷微生物的活性与丰度。

 

3)在污泥处理方面,表面活性剂会对污泥絮体脱水、解体与增溶产生正面效果,甚至还能促进污泥厌氧消化水解酸化。

 

4)有必要对表面活性剂来源、结构及其迁移转化进行梳理,进一步探明其对污水处理过程的负面影响与污水处理厂的应对措施,以及表面活性剂对污泥处理过程产生的积极影响,以期为污水处理厂在疫情背景下的运行措施调整提供参考。

 

02 内容简介

 

根据表面活性剂基团类型,可将其分为阴离子型、阳离子型、非离子型以及两性离子型,非离子型和阴离子型两类市场使用量最大,分别占比56.1%和36.8%。

 

表面活性剂大多为有机成分,对难生物降解和不可生物降解表面活性剂来说,它们绝大部分会被污泥吸附,随剩余污泥而排出系统,只有很少部分溶解态表面活性剂会随出水以COD形式排放。因此,应该关注的是可生物降解表面活性剂,然而即使是可生物降解表面活性剂,其在生物处理过程中能真正实现降解也并非易事,不但会造成能耗与成本增加,而且降解在很多情况也只是母体降解表象,代谢中间产物的毒性甚至可能会比母体还高。

1. 表面活性剂对污水处理过程的影响

 

表面活性剂进入污水后,在污水生物处理过程中会对曝气、生物反应等产生负面影响,且浓度越高影响越大。表面活性剂对污水生物处理过程产生负面影响主要体现在三方面:氧传质、污泥絮体、微生物抑制。

 

1.1 降低氧传质效率

 

传统观点:表面活性剂是微溶有机大分子物质,具有强亲水端和强疏水脂肪族/芳香端。曝气过程中,疏水端吸附在气液界面,而亲水端则延伸至本体溶液中,形成有序分子单层。分子单层结构会施加阻塞效应,增加界面粘度,会降低空气与液相之间的氧传质效率。但也有相佐研究,称表面活性剂分子晶格结构会阻碍氢键作用力,导致气泡体积变小,进而降低表面张力,使气泡均匀分布于气-液界面,致使液相含气率提高,即,可改善氧传质。综合两种相佐作用,前者对液体传质的负面效应远远高于后者,最终表现为降低氧传质效率。

 

新颖观点:较低浓度表面活性剂存在时高浓度表面活性剂存在情况下,表观粘度(μapp)与细胞碎片增加很可能是OTE降低的原因,OTE可能会因生物降解表面活性剂或生物降解其裂解的EPS,从而加快氧传质效率,污泥氧转移性能主要取决于污泥形态参数,如,MLSS,SV30,絮体直径和μapp等,而与进水表面活性剂关系不大。

 

1.2 破坏污泥絮体

 

污泥絮体与表面活性剂结合会影响絮体形态,导致絮体中结合松散的EPS(LB-EPS)破裂,进而影响紧密的EPS(TB-EPS)、甚至细胞结构。

 

1.3 抑制微生物活性

 

表面活性剂对污水处理涉及微生物影响包括几个方面:1)低浓度时可用作碳源,一定程度可助厌氧释磷或反硝化,而高浓度表面活性剂则会对微生物产生毒性作用;2)对微生物细胞膜等结构产生破坏作用,而对膜电位影响可能改变代谢控制,甚至可能与细胞膜物质直接作用,导致细胞膜溶解,进而影响优势菌属类别以及菌属相对丰度;3)通过静电或疏水相互作用与酶蛋白催化残基结合,导致酶活性降低;4)表面活性剂作为一种活性基团,可与基质大分子(淀粉、蛋白质、肽和DNA等)结合,严重时它们会直接插入各种细胞结构片段(如,细胞膜磷脂双分子层),进而导致功能失调。

 

2. 对污泥处理的影响与潜在利用

 

2.1 污泥脱水预处理

 

表面活性剂具有和聚丙烯酰胺类似功能,可以用作脱水助剂,能大幅度降低滤饼水分含量。具体来说,表面活性剂亲水基团会与蛋白质结合,从而损害生物膜功能性和完整性;而疏水基团与脂质结合,可导致膜液化、损害其屏障特性。与此同时,表面活性剂携带的电荷效应会在一定程度上中和污泥表面电荷,降低污泥之间静电斥力,使污泥絮体变得松散;表面活性剂也会增加细胞疏水性,促进细胞与细胞之间的相互作用,进一步诱导污泥絮体从亲水性液相中脱出,从而提高沉降速率和脱水性能。

 

2.2 厌氧消化

 

2.2.1 促进水解酸化

 

表面活性剂可以促进污泥水解,其作用机理包括:1)增溶;2)酶释放。表面活性剂通过降低表面张力或形成胶束来增强颗粒的溶解度,引起污泥物质分解,特别是EPS,会释放更多蛋白质和碳水化合物,表现为聚集态大分子有机物转化为小分子或溶解态物质,增加厌氧消化产甲烷阶段可利用的底物浓度。另一方面,酶和EPS之间由于存在静电相互作用,形成稳定的EPS-酶复合物,EPS释放也意味着水解酶可以从污泥中释放出来,从而提高了水解效率。

2.2.2 抑制产甲烷

 

厌氧消化系统中表面活性剂抑制产甲烷可能与两个原因密切相关:1)直接抑制产甲烷,阻断转化途径;2)抑制产甲烷菌群,破坏不同厌氧种群之间存在的共营养关系,导致系统失衡。

 

2.3 污泥资源化

 

剩余污泥EPS具有高值回收潜力,而表面活性剂有助于EPS与细胞分离,在EPS提取与回收中发挥“事半功倍”的效果,其机理主要是表面活性剂参与能部分剥离蛋白质四级和三级结构,从而实现EPS分离提取。表面活性剂不仅可实现物质分离,也可以实现提取物质增产。添加表面活性剂后EPS粒径明显减小,意味着表面活性剂可能仅仅是整体提高了EPS溶出或溶解过程而提高了EPS产量。不同表面活性剂种类提高效果不同,这表明表面活性剂因自身结构不同亦会产生独特的增产机理。

 

来源:北极星水处理网

 

【第七届广东泵阀展】

作为深耕行业多年的展会,由上海荷祥会展有限公司主办的第六届广东国际泵管阀展览会(简称“广东泵阀展”)携手展商与合作伙伴凝聚产业合力再创佳绩,共助泵阀行业信心提振!2021现场联同广东水展整体规模近4.5万平方米,聚集1000多家展商,迎来35000多名专业观众莅临参观,现已成为华南地区超大规模的泵管阀盛会。第七届广东泵阀展在广东省土木建筑学会给排水专业委员会、广东化工交易中心、广东省建筑设计研究院及广州市设计院等专业组织机构和行业伙伴的大力支持下,将于2022年3月31日-4月2日在广州丨保利世贸博览馆再度来袭,除了延续其姊妹展上海泵阀展的资源外,还将打通污水处理、膜工业、给排水、成套供水等行业上下游,主办方帮助展商深入大湾区,将产品完美呈现给华南地区的各大水司、水协、设计院、经销商等专业观众,抢占市场份额,开拓新市场,致力打造华南高品质泵管阀展览会。

推荐展会

广东水展
上海泵阀展
ATC