疫情背景下污水中的表面活性剂对污水处理效果

       一场突如其来的疫情，让全世界投入紧张的状态中，那么在疫情背景下如何加强污水处理的呢？

       一、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。

       二、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。

       三、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。

       四、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。

       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。

       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

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。

      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。

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