本期向大家引薦團隊發表在《環境工程學報》2021年第6期上的研討綜述《疫情背景下污水中的外表活性劑對污水處置效果的影響與機理》。本文綜述了新冠疫情背景下，更多外表活性劑進入污水處置廠后，對污水處置過程的負面影響與污水處置廠的應對措施，及其對污泥處置過程產生的積極影響，以期對污水處置廠在疫情背景下的運轉措施調整提供參考。
01
Main points
文章亮點
1）新冠疫情使人們洗手消毒的頻次增加，招致更多的外表活性劑進入污水處置廠。污水經處置后，其中的外表活性劑僅1%隨出水外流，約10%～20%則進入剩余污泥。
2）雖然污水中外表活性劑的宏觀含量并不高，但其特殊兩性分子構造會降低氧傳質效率、毀壞污泥絮體構造，并影響脫氮除磷微生物的活性與豐度。
3）在污泥處置方面，外表活性劑會對污泥絮體脫水、崩潰與增溶產生正面效果，以至還能促進污泥厭氧消化水解酸化。
4）有必要對外表活性劑來源、構造及其遷移轉化停止梳理，進一步探明其對污水處置過程的負面影響與污水處置廠的應對措施，以及外表活性劑對污泥處置過程產生的積極影響，以期為污水處置廠在疫情背景下的運轉措施調整提供參考。
02
Introduction
內容簡介
依據外表活性劑基團類型，可將其分為陰離子型、陽離子型、非離子型以及兩性離子型，非離子型和陰離子型兩類市場運用量最大，分別占比56.1%和36.8%。
外表活性劑大多為有機成分，對難生物降解和不可生物降解外表活性劑來說，它們絕大局部會被污泥吸附，隨剩余污泥而排出系統，只要很少局部溶解態外表活性劑會隨出水以COD方式排放。因而，應該關注的是可生物降解外表活性劑，但是即便是可生物降解外表活性劑，其在生物處置過程中能真正完成降解也并非易事，不但會形成能耗與本錢增加，而且降解在很多狀況也只是母體降解表象，代謝中間產物的毒性以至可能會比母體還高。
1. 外表活性劑對污水處置過程的影響
外表活性劑進入污水后，在污水生物處置過程中會對曝氣、生物反響等產生負面影響，且濃度越高影響越大。外表活性劑對污水生物處置過程產生負面影響主要表現在三方面：氧傳質、污泥絮體、微生物抑止。
1.1
降低氧傳質效率
傳統觀念：外表活性劑是微溶有機大分子物質，具有強親水端和強疏水脂肪族/芳香端。曝氣過程中，疏水端吸附在氣液界面，而親水端則延伸至本體溶液中，構成有序分子單層。分子單層構造會施加阻塞效應，增加界面粘度，會降低空氣與液相之間的氧傳質效率。但也有相佐研討，稱外表活性劑分子晶格構造會障礙氫鍵作用力，招致氣泡體積變小，進而降低外表張力，使氣泡平均散布于氣-液界面，致使液相含氣率進步，即，可改善氧傳質。綜合兩種相佐作用，前者對液體傳質的負面效應遠遠高于后者，最終表現為降低氧傳質效率。
新穎觀念：較低濃度外表活性劑存在時高濃度外表活性劑存在狀況下，表觀粘度（μapp）與細胞碎片增加很可能是OTE降低的緣由，OTE可能會因生物降解外表活性劑或生物降解其裂解的EPS，從而加快氧傳質效率，污泥氧轉移性能主要取決于污泥形態參數，如，MLSS，SV30，絮體直徑和μapp等，而與進水外表活性劑關系不大。
1.2
毀壞污泥絮體
污泥絮體與外表活性劑分離會影響絮體形態，招致絮體中分離松懈的EPS（LB-EPS）決裂，進而影響嚴密的EPS（TB-EPS）、以至細胞構造。
1.3
抑止微生物活性
外表活性劑對污水處置觸及微生物影響包括幾個方面：1）低濃度時可用作碳源，一定水平可助厭氧釋磷或反硝化，而高濃度外表活性劑則會對微生物產生毒性作用；2）對微生物細胞膜等構造產生毀壞作用，而對膜電位影響可能改動代謝控制，以至可能與細胞膜物質直接作用，招致細胞膜溶解，進而影響優勢菌屬類別以及菌屬相對豐度；3）經過靜電或疏水互相作用與酶蛋白催化殘基分離，招致酶活性降低；4）外表活性劑作為一種活性基團，可與基質大分子（淀粉、蛋白質、肽和DNA等）分離，嚴重時它們會直接插入各種細胞構造片段（如，細胞膜磷脂雙分子層），進而招致功用失調。
2. 對污泥處置的影響與潛在應用
2.1
污泥脫水預處置
外表活性劑具有和聚丙烯酰胺相似功用，能夠用作脫水助劑，能大幅度降低濾餅水分含量。詳細來說，外表活性劑親水基團會與蛋白質分離，從而損傷生物膜功用性和完好性；而疏水基團與脂質分離，可招致膜液化、損傷其屏障特性。與此同時，外表活性劑攜帶的電荷效應會在一定水平上中和污泥外表電荷，降低污泥之間靜電斥力，使污泥絮體變得松懈；外表活性劑也會增加細胞疏水性，促進細胞與細胞之間的互相作用，進一步誘導污泥絮體從親水性液相中脫出，從而進步沉降速率和脫水性能。
2.2
厭氧消化
2.2.1 促進水解酸化
外表活性劑能夠促進污泥水解，其作用機理包括：1）增溶；2）酶釋放。外表活性劑經過降低外表張力或構成膠束來加強顆粒的溶解度，惹起污泥物質合成，特別是EPS，會釋放更多蛋白質和碳水化合物，表現為匯集態大分子有機物轉化為小分子或溶解態物質，增加厭氧消化產甲烷階段可應用的底物濃度。另一方面，酶和EPS之間由于存在靜電互相作用，構成穩定的EPS-酶復合物，EPS釋放也意味著水解酶能夠從污泥中釋放出來，從而進步了水解效率。
外表活性劑對污泥水解影響機理（來自原文）
2.2.2 抑止產甲烷
厭氧消化系統中外表活性劑抑止產甲烷可能與兩個緣由親密相關：1）直接抑止產甲烷，阻斷轉化途徑；2）抑止產甲烷菌群，毀壞不同厭氧種群之間存在的共營養關系，招致系統失衡。
2.3
污泥資源化
剩余污泥EPS具有高值回收潛力，而外表活性劑有助于EPS與細胞別離，在EPS提取與回收中發揮“事半功倍”的效果，其機理主要是外表活性劑參與能局部剝離蛋白質四級和三級構造，從而完成EPS別離提取。外表活性劑不只可完成物質別離，也能夠完成提取物質增產。添加外表活性劑后EPS粒徑明顯減小，意味著外表活性劑可能僅僅是整體進步了EPS溶出或溶解過程而進步了EPS產量。不同外表活性劑品種進步效果不同，這標明外表活性劑因本身構造不同亦會產生共同的增產機理。
原文發表于《環境工程學報》：郝曉地, 楊振理, 李季. 疫情背景下污水中的外表活性劑對污水處置效果的影響與機理[J]. 環境工程學報, 2021, 15 (06): 1831-1839.
