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為了降低污泥利用時(shí)有害重金屬的影響,目前常采用有機(jī)酸和螯合劑EDTA等對(duì)污泥重金屬進(jìn)行化學(xué)淋洗去除.化學(xué)淋洗雖然能將污泥中生物可利用態(tài)或可遷移態(tài)除去,但污泥在種植利用過程中仍會(huì)存在浸出毒性風(fēng)險(xiǎn),危害生態(tài)環(huán)境.因此，本研究針對(duì)廣州市不同類型城市污水處理污泥，考察了污泥中重金屬含量、 存在形態(tài)及其潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn); 分析了污泥中重金屬生物可利用態(tài)去除前后重金屬浸出毒性風(fēng)險(xiǎn)的變化，以期為城市污水處理污泥的無害化處置和資源化利用提供了科學(xué)依據(jù).
好氧顆粒污泥是廢水生物處理中的一種新技術(shù). 與目前普遍使用的活性污泥法中的活性污泥絮體相比，好氧顆粒污泥優(yōu)勢(shì)在于活性污泥絮體在一定條件下生長(zhǎng)成為顆粒，在水中沉降速度遠(yuǎn)大于活性污泥絮體，因此，采用好氧顆粒污泥處理廢水，曝氣池中生物濃度可大大提高，沉淀時(shí)間則可大大縮短. 普通活性污泥法曝氣池中活性污泥濃度約為3000 mg ·L-1，沉淀時(shí)間30 min到2 h. 而采用好氧顆粒污泥技術(shù)，曝氣池中污泥濃度可達(dá)10000～14000 mg ·L-1，沉淀時(shí)間只需1~3 min. 與普遍應(yīng)用于處理高濃度廢水及難降解廢水的厭氧顆粒污泥相比，好氧顆粒污泥的培養(yǎng)時(shí)間約為1個(gè)星期到1個(gè)月，遠(yuǎn)小于厭氧顆粒污泥啟動(dòng)時(shí)間6個(gè)月. 因此，好氧顆粒污泥技術(shù)有望為當(dāng)今污水生物處理技術(shù)帶來突破性的進(jìn)展.
但是，有關(guān)好氧污泥顆粒化的研究時(shí)間尚短，人們對(duì)好氧顆粒污泥的形成過程、 形成機(jī)制、 各種環(huán)境因素對(duì)好氧顆粒污泥的影響及顆粒污泥微生物學(xué)等，還缺乏深入的研究. 另外，有關(guān)好氧顆粒污泥的研究中，大部分是在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下、 采用較高有機(jī)物濃度的人工配水(如葡萄糖等)作為基質(zhì)，較少利用低有機(jī)物濃度的城鎮(zhèn)生活廢水培養(yǎng)好氧顆粒污泥. 另一方面，城鎮(zhèn)生活廢水中含有各類污染物，COD含量較低，通常小于200 mg ·L-1. 目前這類廢水的處理多采用傳統(tǒng)活性污泥法，廢水的處理效果較好，但傳統(tǒng)活性污泥法處理系統(tǒng)普遍占地面積大，建設(shè)成本高，剩余污泥量大，運(yùn)行費(fèi)用高，而且容易發(fā)生污泥膨脹.美容整形單位污水處理一體化設(shè)備新聞早報(bào)
污水處理過程中產(chǎn)生的污泥,是多種菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)和無機(jī)物組成的集合體.隨著我國(guó)城市污水處理率的不斷提高,污泥的產(chǎn)量也隨之不斷增大. 到2010年底,全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理量有343億m3,每年產(chǎn)出的脫水污泥接近2200萬t,其中有80%未得到處理.大量來自生活和工業(yè)生產(chǎn)的重金屬在污水處理過程中,50%～80%以上會(huì)通過吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移濃縮到污泥中.由于污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素,污泥種植利用成為一種成本效益的處置方法.然而,污泥在種植利用過程中,可遷移重金屬會(huì)釋放進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，重金屬生物可利用部分會(huì)被植物吸收利用,對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害風(fēng)險(xiǎn).而且,由于污泥長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中,重金屬元素的不穩(wěn)定形態(tài)(如可遷移的酸溶態(tài)、 還原態(tài)、 氧化態(tài)等)會(huì)逐漸釋放進(jìn)入環(huán)境介質(zhì),致使重金屬在污泥作為種植泥質(zhì)利用時(shí)會(huì)產(chǎn)生生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn).污泥中重金屬的生物可利用性、 存在形態(tài)及其生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)程度限制其大規(guī)模土地利用.
市政污水(municipal wastewater)是指城鎮(zhèn)居民生活污水，機(jī)關(guān)、 學(xué)校、 醫(yī)院、 商業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)及各種公共設(shè)施排水，以及允許排入城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)的工業(yè)廢水和初期雨水等. 雖然市政污水中生活污水占據(jù)相當(dāng)數(shù)量，但與生活污水(domestic wastewater)并不*等同，工業(yè)廢水的匯入，增加了市政污水的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 與此同時(shí)，市政污水排放量大，與毒性相對(duì)較大的工業(yè)廢水相比，管理控制難度更大.
市政污水由于來源復(fù)雜，常含有大量難降解物質(zhì)，如目前受到廣泛關(guān)注的醫(yī)藥品及個(gè)人護(hù)理用品 (pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)和內(nèi)分泌干擾物(endocrine disrupting chemicals，EDCs)等，盡管這些污染物在水中濃度低，但往往毒性危害大，易生物積累，有的還具有“三致效應(yīng)”. 污水處理廠出水可能在達(dá)到現(xiàn)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)指標(biāo)要求的同時(shí)，對(duì)此類物質(zhì)的削減效果不佳. 這些物質(zhì)一旦進(jìn)入到環(huán)境中，會(huì)影響各級(jí)生物的正常生長(zhǎng)、 繁殖，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷，對(duì)于回用于與人直接接觸、 農(nóng)業(yè)灌溉、 水產(chǎn)養(yǎng)殖的污水的深度處理工藝前后的毒性變化也應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè).
市政污水中主要的污染物是有機(jī)物，尤其是溶解性有機(jī)物(dissolved organic matter， DOM). 一般認(rèn)為，水體中能通過孔徑為0.45 μm濾膜的有機(jī)物即為溶解性有機(jī)物. DOM不僅可能造成水體缺氧水質(zhì)惡化，它還是水體中微污染物的潛在載體，是消毒副產(chǎn)物的主要前驅(qū)物，自身又可能成為微污染物，因此，成為污水毒性的主要來源. 一些的分析方法，如核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)、 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography mass spectrometry， GC/MS)、 傅里葉轉(zhuǎn)換紅外(fourier transform infrared spectroscopy， FTIR)及高效液相(high performance liquid chromatography，HPLC)等已被用來對(duì)污水中有機(jī)物進(jìn)行分析，但利用這些技術(shù)對(duì)污水中溶解性有機(jī)物進(jìn)行掃描式的鑒別分析，需要花費(fèi)大量的時(shí)間、 經(jīng)費(fèi)及人力. 針對(duì)污水中的溶解性有機(jī)物進(jìn)行物理化學(xué)性質(zhì)——分子量分布及熒光特性表征，省時(shí)省力，進(jìn)一步分析其與毒性的相關(guān)性，有針對(duì)性地強(qiáng)化去除毒性較大的那部分物質(zhì)，對(duì)節(jié)約污水處理成本，提高出水安全性具有重要意義.
目前，超濾膜法對(duì)污水DOM分子量進(jìn)行表征已趨于成熟，簡(jiǎn)單易操作，并能得到大量的分離水樣，用作進(jìn)一步的分析. 三維熒光光譜法(three dimensional excitation-emission fluorescence spectra， 3D-EEM)對(duì)DOM熒光性質(zhì)進(jìn)行表征是近年來廣泛用于研究DOM熒光性質(zhì)的一種分析技術(shù)，同時(shí)也是一種新型的水質(zhì)分析方法. 三維光譜圖中熒光峰的位置可定性指示熒光物質(zhì)的類型和性質(zhì)，熒光光譜以水中各類有機(jī)物的特征熒光強(qiáng)度之和表示水中熒光類有機(jī)物的綜合含量，以特征熒光峰中心zui大熒光強(qiáng)度作為表征水中某類溶解性有機(jī)物含量的指標(biāo)，與傳統(tǒng)表征有機(jī)物含量的水質(zhì)參數(shù)相比，不僅能反映有機(jī)物的濃度，同時(shí)還可以提供有機(jī)物組成成分的信息. 發(fā)光細(xì)菌毒性測(cè)試法，是zui常用的微生物毒性測(cè)試方法，因其*的生理特性，與現(xiàn)代光電檢檢測(cè)手段*匹配的特點(diǎn)而備受關(guān)注. 中國(guó)、 美國(guó)現(xiàn)都已將發(fā)光細(xì)菌毒性測(cè)試法作為水質(zhì)急性毒性測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)方法，并發(fā)布了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，具有快速、 靈敏的特點(diǎn).
針對(duì)污水DOM，上述3個(gè)方面的研究工作國(guó)內(nèi)外都已有報(bào)道，并取得了一定成果，但是，將分子量分布及熒光特性等理化性質(zhì)與毒性結(jié)合起來，并在此基礎(chǔ)之上有的放矢地對(duì)污水進(jìn)行處理的研究還很鮮見. 本研究綜合采用超濾膜法、 三維熒光光譜法及發(fā)光菌毒性測(cè)試技術(shù)，分析了實(shí)驗(yàn)室污水處理裝置(A/DAT-IAT工藝)處理市政污水過程中DOM的相對(duì)分子質(zhì)量分布、 熒光特性及毒性變化趨勢(shì)，以了解不同相對(duì)分子質(zhì)量DOM在污水處理系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化行為，及市政污水常規(guī)指標(biāo)與毒性指標(biāo)去除的相關(guān)性，以期為基于生態(tài)安全的污水處理工藝的選擇提供依據(jù).
氮、 磷污染已成為破壞水體環(huán)境的主要因素之一(如水體富營(yíng)養(yǎng)化)，生物脫氮除磷越來越受到人們的重視. 在常規(guī)污水生物處理系統(tǒng)中，由于脫氮與除磷之間存在矛盾，常采用化學(xué)法輔助除磷(通過投加鐵鹽和鋁鹽出水TP含量在0.02 mg ·L-1以下); 而脫氮由于受溫度、 DO、 pH值等因素的影響難以達(dá)到穩(wěn)定的脫氮效果.
好氧顆粒污泥具有優(yōu)異的沉降性能、 較高的微生物濃度和良好的抗沖擊負(fù)荷能力. 有研究發(fā)現(xiàn)，顆粒污泥一定的粒徑和緊密結(jié)構(gòu)導(dǎo)致DO在污泥內(nèi)部傳質(zhì)時(shí)形成好氧區(qū)/缺氧區(qū)/厭氧區(qū)從而有利于系統(tǒng)同步脫氮除磷. Kerrn-Jespersen等發(fā)現(xiàn)PAOs具有反硝化聚磷能力，它以NO-x(NO-2+NO-3)代替氧作為電子受體同步去除N和P，可以有效節(jié)約碳源和能源，反應(yīng)器形成NO-x是反硝化聚磷的重要步驟. 如果系統(tǒng)中存在反硝化聚磷菌，反應(yīng)器吸磷過程中可以減緩硝酸鹽存在對(duì)聚磷菌活性的影響; 如果反硝化聚磷菌不存在，在脫氮除磷顆粒污泥中好氧段硝酸鹽將對(duì)好氧吸磷產(chǎn)生影響.
同步硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification, SND)作用是使在污泥外部好氧區(qū)形成的NO-x，通過內(nèi)層缺氧區(qū)反硝化作用降低從而減少主體溶液中NO-x(NO-2+NO-3)的積累(NO-x不積累可以降低其對(duì)聚磷菌活性的影響). 因此，污泥內(nèi)部形成穩(wěn)定性的好氧區(qū)/缺氧區(qū)是影響系統(tǒng)脫氮效果的關(guān)鍵. 在較低DO下硝化菌活性受到抑制，在較高DO下反硝化菌受到抑制，因此在好氧池中DO對(duì)脫氮影響很大. 文獻(xiàn)指出，當(dāng)DO濃度為0.5 mg ·L-1時(shí)，系統(tǒng)可以獲得良好的同步硝化反硝化脫氮效果.
利用好氧顆粒污泥進(jìn)行脫氮除磷研究近年來取得了較大進(jìn)展，但少有人系統(tǒng)研究脫氮除磷顆粒污泥的硝化反硝化特性. 因此，筆者以好氧/厭氧交替運(yùn)行的SBR反應(yīng)器培養(yǎng)的脫氮除磷顆粒污泥為研究對(duì)象，采取一定的手段對(duì)顆粒污泥反應(yīng)器的N、 P歷時(shí)去除效果、 硝化及反硝化反應(yīng)特性等進(jìn)行研究，并通過N的平衡細(xì)致分析脫氮除磷反應(yīng)過程中N的去除走向，豐富了顆粒污泥進(jìn)行脫氮除磷研究.
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