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化學生物絮凝工藝中化生物作用的抑制作用的論文
摘要：化學生物絮凝工藝是利用化學和生物的協同作用對污水進行強化一級處理的深度集成工藝。由于化學絮凝、沉淀和生物絮凝、吸附、降解的共同作用，化學生物絮凝工藝對污水的處理效果優于單獨的化學絮凝效果。但一些研究表明，投加量小時，二者的協同性能比投加量大時較佳，表明二者的協同作用不是簡單的數學疊加，在高投加量時，二者還存在一定的抑制作用。本文對化學生物絮凝工藝中的化學和生物的抑制作用進行了探討。
論文關鍵詞：化學生物絮凝,化學絮凝,強化一級處理,協同作用,抑制作用
為解決水資源污染和短缺的問題，污水一級強化深度處理工藝已經成為國內外污水處理研究的熱點。目前一些主要的強化一級處理工藝主要有：化學強化一級處理工藝、生物絮凝吸附強化一級處理工藝和化學生物絮凝強化一級處理工藝[1,2,3,4]。其中化學生物絮凝強化一級工藝是近幾年提出的一種結合了化學和生物協同絮凝作用的強化一級處理新工藝，它由一個停留時間短的曝氣池（30分鐘左右）和沉淀池構成[5]。它的主要特點是利用混合絮凝反應和污泥回流，形成良好的絮凝反應條件，在化學絮凝和生物絮凝的協同作用下去除污染物[6]。它既有高效的對SS、TP、膠體態狀和懸浮態的COD的去除效果，又可以實現對部分溶解性有機物的去除[7]。因此它有較好的污水處理效果。
一些研究結果表明，這種協同作用在混凝劑和活性污泥劑量比較小時比較明顯；當劑量增加時，協同效果減弱，去除率增加趨勢緩慢，當劑量繼續增加時，對某些污染物的去處效率還有減少的現象。
圖1 不同PAFC投加量下COD 的去除效果
圖2 不同PAFC投加量下溶解性COD的去除效果
圖3 不同PAFC投加量下SS的去除效果
圖1、圖2、圖3引用張志斌[6]等的研究圖表與數據，結果表明：在污泥回流量一定的情況下，化學生物絮凝凝工藝的各個污染物指標處理效果高于化學強化混凝工藝。但隨著PAFC劑量的增加，化學生物絮凝工藝對CODcr和溶解性CODc、SS的去除增加相對緩慢；在投加量小于70mg/L，兩種工藝對SS的去除率增加趨勢的差別特別明顯；投加量俞大，兩種工藝的去除率差別俞小。而對于CODcr和溶解性CODcr而言，當PAFC劑量為100mg/L時的去除率反而小于PAFC劑量為80mg/L時的去除率。
盧峰[8]的實驗也表明：結果混凝劑、助凝劑量一定時，污泥回流比加大并沒有明顯提高磷酸鹽的去除率；回流比的大時COD的去除效率反而小于回流比小時的COD的去除效率；而且污泥回流較大時對SS的去除效果與污泥回流時差別不大。
沈小紅[9]的研究結果中指出，化學生物絮凝和化學混凝的各個污染物的去除率，在投加量小時差值較大；對COD的去除而言，PAFC劑量分別為100、80、50、30mg/L時，兩工藝的去除率相差分別為14%、24%、22%、29%。羅堅[10]的研究中，當PAFC投加量為10.6mg/L(以AI2O3計)，COD、SS、PO43—P、TP的去除率非別為65%、78.8％、72.7%、
72.６%；當增加80%的回流污泥后，其去除效率分別為67.8%、80.2%、74.7%、71.3%；前三項指標的去除率增加量非別為2.8%、1.4%、2.0%，增加效果不明顯；對TP的去除率卻下降了1.3%，反而不如化學混凝的效果好。
以上研究結果表明，二則的協同作用不是簡單的數學疊加；在純在協同作用的同時，還有相互抑制的作用[6]。尤其是在投加量相對較高的時候，抑制作用更加突出，因此使得去除效果增加不明顯，甚至下降。但以上研究沒有對抑制作用的原因進行深入的分析，因此筆者通過探討高投加量時二者的抑制作用的原因，為探索減少抑制作用的條件，充分發揮二者的協同作用提供借鑒；可以進一步減少混凝劑、絮凝劑的用量，降低污泥回流量，減少污泥回流動力設施和費用，節約經濟成本。
2.抑制作用分析
2.1競爭抑制作用
化學生物絮凝工藝中，由于混凝劑和活性污泥對污染物去除能力很大，該工藝對各個指標的去除效果較佳。但混凝劑和污泥的濃度比較大時，二者的協同作用相對降低。這一定程度是由于，混凝劑和活性污泥之間存在相互競爭污染物底物的作用�；钚晕勰嗟奈絼菽懿粌H可以吸附COD、SS、TP等指標,它的吸附空位上還可以填充大分子的混凝劑或其支鏈，絮凝劑可能會和活性污泥優先結合，影響活性污泥的去除效果。鐵、鋁離子可以與活性污泥中的微生物細胞所分泌的胞外聚合物結合，影響微生物的絮凝作用以及化學絮凝效果。另外，像鐵離子，是構成微生物體內酶的重要鑄成部分。它在生物體內的含量維持在某一特定值才保持酶的生物活性，發揮微生物的生物降解作用。如果混凝劑的劑量過高，過多的鐵離子進入細胞內與酶作用影響到酶的作用的正常發揮；其它的金屬離子則會引起酶中毒；同時由于鐵、鋁離流入細胞內，這也會影響到絮凝劑的絮凝效果。
2.2污泥的抑制作用
污泥劑量小的時候，單位用量的污泥的處理效率較大。這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時，去除率增大，但是相對增加量會減少，協同效果下降；活性污泥的劑量繼續增加的時候，某些指標的去除率可能會下降，去除量也會減少。這說明：可能是由于活性污泥中的微生物的調節作用，活性污泥的吸附作用是一個動態的吸附過程，存在一個吸附和解吸的過程；已被活性污泥吸附的污染物在向水中釋放�；亓魑勰嗔窟_，污泥濃度達，相互堆集，比表面積會大大減少；其吸附空位可能會發生重疊�；亓魑勰嗔看髸r，是污泥包圍著污染物，被包圍的那部分污染物同時被許多不同的吸附空位競爭地吸引著，這就造成污泥的吸附效果只發生了局部的作用。
回流的污泥中不僅含有未反應的混凝劑，也含有一定的磷酸鹽、TP,以及懸浮固體顆粒，溶解性的以及非溶解性的COD等污染物指標。而且污水處理效果較好時，污泥中的這些物質的濃度較大。因此回流后流后的這部分物質會增加污水中的污染物指標，而且它們的轉化形式有兩種：一部分消耗藥劑，繼續轉化為污泥被去除掉，另外一部分隨處水排出，這在一定程度也影響到出水的水質。
2.3混凝劑的毒害抑制作用
當回流活性污泥量或混凝劑的投加量都很大的時候，二者的抑制作用還可以解釋如下，主要是過多的絮凝劑對微生物的抑制作用�；钚晕勰嘀械奈⑸锝到庥袡C污染物，必須經過微生物細胞對有機顆粒的吸附、有機顆粒物質進入生物細胞內部、細胞對顆粒物的生物降解作用、代謝物的釋放。其中被吸附到細胞表面的顆粒物，由于它們的分子量比較大，顆粒的尺寸也比較大，一般不可能通過自由擴散透[11]過細胞膜進入到細胞的內部。必須先與細胞表面的蛋白質運輸載體結合后，才通過蛋白質載體的促進擴散作用和主動運輸[11]作用，進入細胞內部參與生物降解作用。顆粒物的主動運輸作用需要消耗ATP所釋放的能量，輸率比較慢。但是像Fe3+和AI3+則由于是小分子物質，可以很容易通過細胞膜的磷脂雙分子層進入細胞的內部，此過程不消耗能量，動力是濃度梯度。
當混凝劑的用量增加過大時，可能會有過量的Fe3+和AI3+比較容易地進入細胞內部，大量地聚集于細胞基質中。
當Fe3+和AI3+離子過多的時候，基質內的離子強度增加，就影響到這些基體的生長環境；過多的離子可能會過多地黏附于基體的表面，和基體發生不利的物理、化學作用（如影響基體的物質交換作用），影響到其對水體中的有機顆粒的正常的代謝活動，降低了各個污染物的去除量或者去除效率。另外，混凝劑的量過大時，生成的絮體的量也較多，生物體表面聚集的這些絮體的可能性也就愈大，這些絮體顆粒和生物體可能帶有異性的電荷，發生吸附，造成絮體顆粒黏附在生物體的表面，這樣就會造成絮體和有機顆粒的接觸機會的下降，降低微生物細胞對有機物的吸附效果，影響顆粒物質的傳質擴善作用。
其次，由于一些微生物的生命活動需要的能量，是由下式反應提供的：
ATP - ADP +PO43 +E.
(E代表此反應過程所釋放的能量，用于參與生物體的一切生命活動)。同時此反應還是可逆的過程，微生物在降解有機物、合成生物體的時候還必須合成ATP，儲備能量。這必須要有必要量的PO43 。但是進入達到生物體細胞內的Fe3+,有可能與PO43 離子生成沉淀。這就較少了生物體內合成儲備能量物質的ATP的基質PO43- 。這就會減少了生物生命活動的能源基礎，因而影響到生物的生理活性，降低其降解有機物的功能。
由于Fe3+還具有一定的氧化性，它不僅可以降低生物細胞內的酶的生物活性，而且在其通過細胞膜自由擴散進入到細胞內部時，它可以氧化它所觸及到的載體蛋白質。即使是部分Fe3+黏附于細胞膜的表面，由于這些蛋白質可以自由地移動于細胞膜的磷脂雙分子層之間，因而部分可以到達細胞膜外表面，被Fe3+離子所氧化。通過以上兩種情況下的化學氧化作用，使這些具有運輸功能蛋白質變質失活，喪失其作為有機物質、代謝產物進出生物細胞載體的作用，降低微生物體的生物活性，因而削弱了對水體污染物質的吸附、降解作用。
3結論
由于化學生物絮凝工藝中化學和生物絮凝的協同作用，該工藝的處理效果比化學強化處理工藝更優，有廣泛的應用前景。但在較高投加量下，雖然處理效果有所提高，但二者的協同作用相對降低，協同性能下降。說明化學作用和生物作用即存在協同作用，也存在相互的抑制作用；這兩種作用和它們的投加量存在一定的關系，二者隨著劑量的增加而增強，但是增加趨勢應有所不同。低投加量時，兩種作用相對不大，但協同作用遠大于抑制作用，使二者顯現出較好的協同效果。當投加量增大時，兩種作用都增加，但是抑制作用的增加要快于協同作用，而且還會影響到協同作用，抑制作用表現明顯。因而使協同作用相對下降，協同效果相對減弱。
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