化学生物絮凝工艺中化学、生物作用的抑制作用

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、PO43—P、TP的去除率非别为65%、78.8％、72.7%、

　　72.６%；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：

　　ATP - ADP +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。

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