新(xīn)闻中(zhōng)心
污水(shuǐ)碳源分(fēn)離新(xīn)概念——篩分(fēn)纖維素
發(fà)布(bù)时(shí)間(jiān)：2018-06-03 2561 次(cì)浏覽
作(zuò)者(zhě)簡介：郝曉地(dì)（1960-），男，山(shān)西(xī)柳(liǔ)林(lín)人(rén)，教授，從事(shì)市(shì)政(zhèng)與(yǔ)环(huán)境工程專業教學(xué)與(yǔ)科研工作(zuò)，主(zhǔ)要(yào)研究方(fāng)向(xiàng)为(wèi)污水(shuǐ)生(shēng)物(wù)脫氮除磷技術(shù)、污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)數學(xué)模拟技術(shù)、可(kě)持(chí)續环(huán)境生(shēng)物(wù)技術(shù)。現(xiàn)为(wèi)國(guó)際水(shuǐ)協期(qī)刊(kān)《Water Research》區(qū)域主(zhǔ)編（Editor）。
污水(shuǐ)是(shì)資源與(yǔ)能(néng)源载體(tǐ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)念目前(qián)已形成(chéng)共(gòng)識，以(yǐ)“碳中(zhōng)和”为(wèi)目的(de)的(de)運行實(shí)踐已成(chéng)为(wèi)歐美(měi)等發(fà)达(dá)國(guó)家(jiā)普遍(biàn)追求的(de)目标(biāo)。于(yú)是(shì)，發(fà)掘和利用(yòng)污水(shuǐ)潛能(néng)正(zhèng)引導着污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)走(zǒu)向(xiàng)能(néng)源自(zì)給(gěi)新(xīn)时(shí)代(dài)。在(zài)此(cǐ)方(fāng)面(miàn)，研究及(jí)應(yìng)用(yòng)最(zuì)多(duō)的(de)是(shì)利用(yòng)剩餘污泥(ní)中(zhōng)的(de)化(huà)學(xué)热(rè)（COD），使之(zhī)厭氧消化(huà)後(hòu)产生(shēng)甲烷（CH4）被(bèi)利用(yòng)。另(lìng)外(wài)，在(zài)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)前(qián)端“捕捉”進(jìn)水(shuǐ)COD（碳源分(fēn)離），将其(qí)直接用(yòng)于(yú)後(hòu)端厭氧消化(huà)产CH4的(de)概念和實(shí)踐在(zài)歐洲(zhōu)也(yě)開(kāi)始(shǐ)嘗試，即“污泥(ní)增量(liàng)”概念。歐洲(zhōu)大(dà)多(duō)數國(guó)家(jiā)市(shì)政(zhèng)污水(shuǐ)有(yǒu)機(jī)物(wù)（COD）濃度較高(gāo)，可(kě)达(dá)500~1 000 mg/L，滿足生(shēng)物(wù)脫氮除磷後(hòu)碳源仍有(yǒu)富餘。因(yīn)此(cǐ)，有(yǒu)研究者(zhě)設想(xiǎng)将脫氮除磷後(hòu)多(duō)餘COD在(zài)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)前(qián)端提(tí)前(qián)分(fēn)離出(chū)来(lái)，以(yǐ)避免其(qí)被(bèi)“以(yǐ)能(néng)耗能(néng)”而(ér)直接氧化(huà)至(zhì)CO2。在(zài)此(cǐ)方(fāng)面(miàn)，既有(yǒu)利用(yòng)A/B法(fǎ)A段(duàn)“捕捉”溶解(jiě)性(xìng)COD的(de)技術(shù)，也(yě)有(yǒu)各(gè)種(zhǒng)前(qián)端碳源分(fēn)離技術(shù)（如篩分(fēn)、混凝沉澱、甚至(zhì)磁分(fēn)離等）。
我(wǒ)國(guó)市(shì)政(zhèng)污水(shuǐ)有(yǒu)機(jī)物(wù)濃度普遍(biàn)偏低(dī)，很多(duō)时(shí)候難以(yǐ)滿足生(shēng)物(wù)脫氮除磷对(duì)碳源的(de)需要(yào)。因(yīn)此(cǐ)，前(qián)端碳源分(fēn)離用(yòng)于(yú)後(hòu)端污泥(ní)厭氧消化(huà)产CH4的(de)歐洲(zhōu)理(lǐ)念雖(suī)好(hǎo)但很難适合中(zhōng)國(guó)。然而(ér)，有(yǒu)一(yī)種(zhǒng)前(qián)端碳源分(fēn)離的(de)歐洲(zhōu)概念卻是(shì)普遍(biàn)适用(yòng)的(de)，即從污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)的(de)前(qián)端将纖維素物(wù)質(zhì)篩分(fēn)出(chū)来(lái)，予以(yǐ)回(huí)收(shōu)、利用(yòng)。在(zài)介紹污水(shuǐ)中(zhōng)纖維素物(wù)質(zhì)来(lái)源、含量(liàng)、結構特(tè)征、生(shēng)物(wù)降解(jiě)性(xìng)的(de)基础上(shàng)，重(zhòng)點(diǎn)介紹歐洲(zhōu)前(qián)端篩分(fēn)纖維素的(de)概念、目的(de)、意(yì)義、實(shí)验、實(shí)踐，以(yǐ)供了(le)解(jiě)和參考。
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污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)纖維素
荷蘭經(jīng)验表明(míng)，污水(shuǐ)COD中(zhōng)23%来(lái)源于(yú)如廁手(shǒu)紙(zhǐ)。阿姆斯特(tè)丹下(xià)水(shuǐ)管(guǎn)网(wǎng)服(fú)務(wù)人(rén)口(kǒu)當量(liàng)约120万(wàn)人(rén)，有(yǒu)12 000~15 000 t/a手(shǒu)紙(zhǐ)進(jìn)入(rù)污水(shuǐ)管(guǎn)网(wǎng)；这(zhè)相當于(yú)原水(shuǐ)SS中(zhōng)有(yǒu)40%直接来(lái)源于(yú)手(shǒu)紙(zhǐ)分(fēn)解(jiě)後(hòu)的(de)纖維素，折算COD为(wèi)17 000~21 000 t/a，即構成(chéng)25%~30%的(de)進(jìn)水(shuǐ)COD負荷。
手(shǒu)紙(zhǐ)，再加上(shàng)厨餘殘渣、合流制中(zhōng)雜草(cǎo)/樹(shù)叶等構成(chéng)了(le)污水(shuǐ)中(zhōng)總(zǒng)纖維素(學(xué)名(míng)为(wèi)木(mù)質(zhì)纖維素物(wù)質(zhì))。木(mù)質(zhì)纖維素由(yóu)半纖維素（木(mù)糖(táng)、葡萄糖(táng)、半乳糖(táng)、阿拉伯糖(táng)、甘露(lù)糖(táng)以(yǐ)及(jí)它(tā)们(men)的(de)單體(tǐ)衍生(shēng)物(wù)）、纖維素（D-吡喃型葡萄糖(táng)）和木(mù)質(zhì)素（苯丙烷單元(yuán)）組成(chéng)。它(tā)们(men)的(de)分(fēn)子結構與(yǔ)聚合物(wù)的(de)穩定(dìng)聚合狀态是(shì)導致(zhì)这(zhè)類(lèi)物(wù)質(zhì)生(shēng)物(wù)降解(jiě)性(xìng)變(biàn)差的(de)主(zhǔ)要(yào)原因(yīn)。木(mù)質(zhì)纖維素中(zhōng)的(de)三(sān)種(zhǒng)基本(běn)成(chéng)分(fēn)往往並(bìng)不(bù)彼此(cǐ)獨立存在(zài)，鍊(liàn)狀纖維素分(fēn)子所(suǒ)組成(chéng)的(de)纖維束(shù)骨(gǔ)架通(tòng)过(guò)半纖維素的(de)联結作(zuò)用(yòng)使得木(mù)質(zhì)素纏绕包(bāo)裹在(zài)纖維束(shù)周圍,形成(chéng)整體(tǐ)結構致(zhì)密穩定(dìng)的(de)複雜聚合物(wù)，如图(tú)1所(suǒ)示。
图(tú)1 木(mù)質(zhì)纖維素結構
由(yóu)于(yú)木(mù)質(zhì)素的(de)穩定(dìng)包(bāo)裹作(zuò)用(yòng)和本(běn)身(shēn)降解(jiě)的(de)複雜性(xìng)、顽固性(xìng)，使得木(mù)質(zhì)素在(zài)生(shēng)物(wù)處(chù)理(lǐ)过(guò)程中(zhōng)實(shí)際起到了(le)保護纖維素和半纖維素的(de)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)就阻礙了(le)水(shuǐ)解(jiě)酶發(fà)揮有(yǒu)效作(zuò)用(yòng)，使得木(mù)質(zhì)纖維素整體(tǐ)的(de)生(shēng)物(wù)降解(jiě)性(xìng)能(néng)較低(dī)。除非(fēi)存在(zài)对(duì)木(mù)質(zhì)纖維素結構的(de)“破穩”作(zuò)用(yòng)（如預處(chù)理(lǐ)），否則，木(mù)質(zhì)纖維素在(zài)好(hǎo)氧（污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)）及(jí)厭氧（污泥(ní)處(chù)理(lǐ)）过(guò)程均難以(yǐ)降解(jiě)，最(zuì)後(hòu)大(dà)多(duō)殘留于(yú)消化(huà)後(hòu)剩餘污泥(ní)之(zhī)中(zhōng)，使之(zhī)占殘餘有(yǒu)機(jī)成(chéng)分(fēn)比例高(gāo)达(dá)39%。表1为(wèi)一(yī)些(xiē)國(guó)家(jiā)和地(dì)區(qū)原污泥(ní)中(zhōng)木(mù)質(zhì)纖維素的(de)含量(liàng)，可(kě)高(gāo)达(dá)剩餘污泥(ní)重(zhòng)量(liàng)的(de)1/3。
表1 不(bù)同(tóng)國(guó)家(jiā)和地(dì)區(qū)剩餘污泥(ní)（生(shēng)污泥(ní)）中(zhōng)木(mù)質(zhì)纖維素含量(liàng)
國(guó)家(jiā)/地(dì)區(qū) | 木(mù)質(zhì)纖維素 | 含量(liàng)/% | 總(zǒng)計(jì)/% |
上(shàng)海(hǎi) | 半纖維素 | 17.5 ± 0.5 | 31.8 ± 2.6 |
木(mù)質(zhì)素 | 10.7 ± 1.9 | ||
纖維素 | 3.6 ± 0.2 | ||
加拿大(dà) | 纖維素類(lèi)物(wù)質(zhì) | 13.80 |
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