近幾十年來，排水指標(biāo)的收緊及人口的增長加快了市政管網(wǎng)的發(fā)展，污水處理廠的發(fā)展導(dǎo)致污水污泥的排放量也迅速增加。污水污泥的處理和處置單元占據(jù)污水處理廠運營成本的50%~65%，這對環(huán)境保護(hù)、生態(tài)環(huán)境治理是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，污泥消化被認(rèn)為是從污水處理廠排出的污泥穩(wěn)定化處理的常用手段。污泥消化在好氧或厭氧條件下都可以進(jìn)行。而消化的穩(wěn)定機(jī)制與微生物代謝對污泥中有機(jī)成分的降解有關(guān)。然而，典型的污泥消化技術(shù)存在著含水量大、生物降解性差、能耗高的問題。這些缺點在工業(yè)規(guī)模上的剩余污泥的消融處理過程中可以得到有效克服;因此，一些學(xué)者將納米曝氣技術(shù)引入污泥消化預(yù)處理。

　　1、微納米氣泡的介紹

　　已有研究表明，納米曝氣在內(nèi)部壓力作用下，收縮破裂無需動態(tài)的刺激，僅通過納米曝氣的破裂就可以產(chǎn)生羥基自由基。此外，羥基自由基具有更高氧化還原電位，不僅可以與絕大部分有機(jī)化合物產(chǎn)生即時反應(yīng)，而且納米氣泡技術(shù)的應(yīng)用可以提高污泥的生物降解能力和細(xì)胞消融能力。污泥通常含有多種顆粒型有機(jī)物和難降解的有機(jī)物，象懸浮固體、難降解的可溶性有機(jī)物。通常，他們不可生物降解并具有持久毒性，這使傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)難以建功。

　　2、微納米曝氣強化污泥消化的作用機(jī)理

　　納米曝氣與普通曝氣條件下的物質(zhì)的變化是不同的，在污泥降解中，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化受到了納米氣泡的影響。這些變化與死亡細(xì)胞和大分子有機(jī)物的分解有關(guān)，這表明，納米氣泡明顯增強了污泥的溶解性，增加了水相的DOM含量。

　　研究指出，在納米氣泡收縮過程中會產(chǎn)生自由基，污泥的消融過程造成懸浮物解體的瓦解，導(dǎo)致了固體(細(xì)胞)的消融以及從微生物細(xì)胞釋放出可溶性有機(jī)質(zhì)的礦化。納米氣泡破壞污泥細(xì)胞壁并將有機(jī)物質(zhì)氧化，并將生物大分子被釋放和轉(zhuǎn)化成小分子。

　　納米曝氣與普通曝氣條件下反應(yīng)器內(nèi)填料上微生物種群多樣，在絲狀菌的包裹下形成菌膠團(tuán)。通過對比發(fā)現(xiàn)，普通氣泡的反應(yīng)器中，菌膠團(tuán)中微生物相對來講比較致密，表面上能夠明確辨識出絲狀菌及微生物個體，菌膠團(tuán)形狀較為規(guī)則、完整，體積大而且數(shù)量多。在納米氣泡的反應(yīng)器中，微生物的種群與普通氣泡反應(yīng)器相比有所增加，但菌膠團(tuán)的體積和數(shù)量都變少了，微生物呈現(xiàn)塊狀結(jié)構(gòu)。通過SEM檢測可知，納米氣泡形成的菌膠團(tuán)，有利于氧的傳質(zhì)。因此，納米曝氣技術(shù)對DOM的釋放和微生物的生長是有效的，納米曝氣可以促進(jìn)污泥的消融。目前，納米曝氣技術(shù)用于污泥減量化主要包括對生物質(zhì)臭氧氧化的強化。納米曝氣的使用可以降低污泥的運行成本，提高污泥的消融效率。為納米氣泡的污泥消融提供了一條合適的途徑。

　　3、微納米曝氣強化污泥消化的微生物多樣性研究

　　為了深入研究微生物對污泥消融作用的影響，對普通曝氣和納米曝氣2種處理方式中樣品微生物群落進(jìn)行研究。不同反應(yīng)器中PCR-DGGE在圖1中顯示，主要可以得出消融過程污泥中微生物DNA多樣性。條帶的數(shù)量和密度表示出明顯的差異，普通曝氣和納米曝氣2種處理方式中豐度分別為3.36和3.91。為找出納米曝氣條件下篩選出的不同物種，2個反應(yīng)條件下樣品條帶進(jìn)行了測序。在普通曝氣條件下

聚乙烯醇(PVA)具有優(yōu)良的上漿性能，作為印染行業(yè)的上漿劑被廣泛使用，因此印染廢水中含有大量的PVA。由于PVA難降解，傳統(tǒng)處理工藝已經(jīng)無法有效去除印染廢水中的PVA，若PVA沒有完全去除就直接排放到環(huán)境中，可能影響水體中的好氧微生物活動，增強泥中的重金屬活性，引起多種環(huán)境問題。近年來，雖然越來越多的其他漿料被應(yīng)用，但PVA由于在上漿過程中具有良好的強度、延伸性、結(jié)合力等優(yōu)點，仍然是的漿料。

　　為了降低含PVA印染廢水對環(huán)境造成的污染，可采用生物降解、沉淀法、氧化技術(shù)等將印染廢水中的PVA分離出來，或?qū)VA大分子轉(zhuǎn)化為小分子并進(jìn)一步去除。其中，氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水由于操作簡便、處理高效、反應(yīng)溫和、降解產(chǎn)物無毒或低毒，引起了廣泛關(guān)注。本研究主要介紹氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水的進(jìn)展，并展望了氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水的發(fā)展趨勢。

　　1、氧化技術(shù)原理

　　氧化技術(shù)利用電、光輻射和高效催化劑等與氧化劑結(jié)合，在氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生具有極強氧化性的自由基(如羥基自由基·OH)，利用自由基與有機(jī)化合物之間的取代、加成、斷鏈和電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng)，促使有機(jī)化合物降解為低毒或無毒的小分子產(chǎn)物甚至H2O和CO2。常用的氧化技術(shù)包括Fen?ton氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超臨界氧化法等。

　　2、氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水研究進(jìn)展

　　2.1 Fenton氧化法

　　在Fenton氧化法降解PVA的過程中，F(xiàn)e2+與H2O2快速反應(yīng)，分解產(chǎn)生·OH，隨后·OH氧化分解廢水中的大分子污染物，后生成CO2、H2O和其他無機(jī)物。Kang等利用Fenton氧化法處理含PVA和活性染料的模擬印染廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)enton試劑不僅能夠氧化去除廢水中的COD，還可以絮凝去除印染廢水中的染料，有效地降低了印染廢水的色度。曹陽采用Fenton預(yù)處理法處理含PVA廢水，并研究降解機(jī)理，佳處理條件為：初始pH4，H2O2/Fe2(+物質(zhì)的量比)=10，H2O2/COD(質(zhì)量濃度比)=1.5，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間30min。在佳反應(yīng)條件下，COD去除率由2%提高到88%左右。在降解過程中，F(xiàn)enton試劑產(chǎn)生·OH降解PVA大分子，終生成CO2和H2O。

　　2.2 電化學(xué)氧化法

　　電化學(xué)氧化法利用電解作用將廢水中的污染物去除或者轉(zhuǎn)化為低毒和無毒物質(zhì)。陰極發(fā)生還原反應(yīng)，去除重金屬離子，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，降解印染廢水中的大分子有機(jī)物。徐澤林等利用離子膜電解法處理含PVA印染廢水，當(dāng)電壓為6V、溫度為45℃、NaCl質(zhì)量濃度為2000mg/L時，對初始CODCr2910mg/L、PVA質(zhì)量濃度1650mg/L的模擬印染廢水，3h的去除率和轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到29%和，表明電解法對含PVA印染廢水具有極好的處理效果。Chou等研究了不同電極材料、電流密度、電壓、電解質(zhì)質(zhì)量濃度和溫度等因素對去除廢水中PVA的影響，并綜合考慮了不同參數(shù)的能耗情況，后得到去除PVA的優(yōu)工藝參數(shù)：以Fe作為陽極，Al作為陰極，電壓為10V，電流密度為5mA/cm2，NaCl質(zhì)量濃度為0.1g/L，溫度為25℃。Kim等以帶二氧化釕涂層的鈦金屬板為陽極，不銹鋼板為陰極，研究不同初始濃度下含PVA廢水的降解情況，結(jié)果表明：電化學(xué)降解PVA的過程遵循一級動力學(xué);PVA初始濃度、電流密度、流速、電極材料等都會影響PVA的降解效率，PVA初始濃度較低時，電化學(xué)氧化效率更高。

　　2.3 光催化氧化法

　　光催化氧化法是利用光照提供能量，使催化劑或氧化物產(chǎn)生具有強氧化性的自由基，與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除污染物的目的。孫振世等研究了紫外光下催化降解含PVA印染廢水的行為，結(jié)果表明：溶液pH和催化劑濃度是影響光催化降解過程的重要因素，酸性和堿性條件更利于PVA的光催化降解，過氧化氫和分子氧能顯著提高PVA的光催化降解效率。在光催化降解過程中，PVA分子中的羥基被氧化為羧基，C—C鍵被剪切形成短鏈化合物，PVA經(jīng)過光催化后變成小分子物質(zhì)。雷樂成利用光輔助Fenton試劑處理含PVA的印染廢水，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Fenton試劑用量不同時，紫外光和可見光對試劑的促進(jìn)程度也各不相同，處理0.5h后，印染廢水中的PVA量僅僅只有初始的10%左右。Lin等采用小尺寸納米TiO2顆粒光催化降解含PVA的廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在光催化降解過程中，TiO2對PVA具有吸附作用，隨著顆粒直徑的減小和TiO2濃度的增加，吸附作用更加明顯。另外，在光催化降解過程中，通入氧氣可進(jìn)一步促進(jìn)PVA的降解。而中性或堿性條件、PVA初始濃度過高時，加入Cl或SO42-均會抑制PVA的降解。

　　2.4 臭氧氧化法

　　臭氧氧化法是利用臭氧作為氧化劑對廢水進(jìn)行凈化處理的方法。臭氧氧化一方面依靠臭氧本身的強氧化性，另一方面是因為臭氧能在水中形成強氧化性的·OH，·OH可以氧化大多數(shù)有機(jī)物。劉智穎等采用臭氧-曝氣生物濾池工藝處理含PVA的模擬印染廢水，研究結(jié)果表明，當(dāng)PVA質(zhì)量濃度≤140mg/L、COD約250mg/L、水力負(fù)荷0.4~0.5m3(/m2·h)、臭氧量60mg/L時，能夠達(dá)到較好的去除效果，PVA和COD去除率分別達(dá)到93.59%和64.29%。荊國華等采用臭氧氧化降解含PVA的廢水，并且研究了紫外光和超聲波的影響。結(jié)果表明：pH對臭氧氧化過程具有較大的影響，弱堿條件更有利于臭氧氧化降解，并且PVA初始濃度越低，PVA去除率越高。紫外光、超聲波以及Fenton試劑的加入進(jìn)一步提高了PVA的降解率。Tan等研究了臭氧催化氧化處理含PVA廢水的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比臭氧單獨氧化，臭氧催化氧化的效果更好，降解效果受催化劑濃度影響。隨著Fe2+用量增加，PVA的降解效果提高，高去除率達(dá)到了85%。