强化氯消毒杀灭污泥中病原微生物与毒副产物的控制方法

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域。更具体地说，本发明涉及一种强化氯消毒杀灭污泥中病原微生物与毒副产物的控制方法。

背景技术

污泥是污水处理厂的主要副产物，而由细菌聚集而成的胞外聚合物(菌胶团)则是污泥的基本组成成分，污泥中含有大量的病原体，胞外聚合物的存在为这些致病微生物的储存和传播提供了合适的条件。因此，在污泥没有预先消毒的情况下，病毒很有可能在污泥管理、运输或土地利用过程中，通过间接接触感染人类，给公众健康带来威胁。

在纷繁多样的消毒方式中，氯化消毒是污水处理和再生水回用过程中最常用和最早使用的方法，也是对各类病毒进行灭活的最简单有效的方法。然而，氯化消毒污泥也存在一些负面影响，在消毒过程中，有效氯会和污泥中有机物反应，生成一系列有机含碳消毒副产物和有机含氮消毒副产物。这些消毒副产物与癌症的发生有相关关系、对生殖/发育能力存在潜在影响、具有一定的细胞毒性和基因毒性，容易引起公众健康问题。大量消毒剂的使用虽然达到了预期的消毒效果，伴随而来的却往往是过量消毒副产物(DBPs)的产生，这对生态环境具有严重的潜在风险。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种强化氯消毒杀灭污泥中病原微生物与毒副产物的控制方法，在消毒过程中通过预酸化处理既可以大大提高消毒剂对污泥中病原微生物的灭活效率从而减少消毒剂的使用量，又控制了消毒副产物的产生，降低了污泥后续再利用的安全隐患。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种强化氯消毒杀灭污泥中病原微生物与毒副产物的控制方法，包括：对污水处理厂产生的污泥进行酸化处理，将pH调节至2～3，得到酸化的污泥，向酸化的污泥中加入次氯酸钠，搅拌均匀。

优选的是，所述次氯酸钠的投加量不小于15mg/g TSS。

优选的是，pH调节采用盐酸。

优选的是，污泥为污水处理厂排放的未经处理的剩余污泥。

优选的是，所述污泥的固含量为1.6％～2.5％。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明通过酸化预处理过程可有效强化次氯酸钠氧化能力，从而提高污泥中病原微生物的杀灭效率，且污泥中发光细菌急性毒性强度显著降低。

高分辨率质谱(FT-ICR-MS)分析表明酸性条件下可以有效抑制木质素和含氮类化合物的释放，产生少量单宁类物质，导致污泥有机质的氯亲核取代反应活性下降，从而显著减少了消毒副产物(DBPs)的生成量，降低了污泥消毒副产物的毒性。

本发明消毒方法的原料廉价易得，处理成本低，操作方便，可以为污泥应急消毒与毒副产物控制提供新方法。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是实施例1中pH调节前后不同次氯酸钠投加量条件下污泥中大肠菌群的数量；

图2是实施例2中不同pH(次氯酸钠投加量为15mg/g TSS)条件下污泥中大肠菌群的数量；

图3是实施例3中不同次氯酸钠投加量下污泥胞外聚合物的发光细菌相对抑制率；

图4是实施例3中调节pH前后不同次氯酸钠投加量下污泥胞外聚合物的发光细菌相对抑制率；

图5是实施例4中FT-ICR-MS对原始污泥胞外聚合物消毒前的化学多样性分析；

图6是实施例4中FT-ICR-MS对原始污泥胞外聚合物消毒后的化学多样性分析；

图7是实施例4中FT-ICR-MS对调节pH至2.5的污泥胞外聚合物消毒前的化学多样性分析；

图8是实施例4中FT-ICR-MS对调节pH至2.5的污泥胞外聚合物消毒后的化学多样性分析；

图9是实施例5中调节pH前FT-ICR-MS对胞外聚合物消毒过程中产生的含氯消毒副产物的分析；

图10是实施例5中调节pH至2.5后FT-ICR-MS对胞外聚合物消毒过程中产生的含氯消毒副产物的分析。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明提供一种强化氯消毒杀灭污泥中病原微生物与毒副产物控制的方法。

预处理：通过预酸化过程增强次氯酸钠的氧化效果，在加入次氯酸钠溶液前用盐酸先将污泥pH调节至2～3的状态，再进行后续的消毒实验。

微生物指标测定：为确定消毒效果，以大肠菌群作为病原微生物代表，依据国标GB4789.3-2016提出的MPN法确定大肠菌群的数目。测试前按照0、5、10、15、30、34、36、40mg/g TSS将次氯酸钠投加入污泥中，在250rpm/min转速下反应6h，测试时将污泥样品稀释三个连续梯度，每个梯度做三个平行，进行初发酵实验，依据培养48h后的产气情况进行复发酵实验，复发酵实验完成后，按照国标给出的检索表确定MPN数，消毒后污泥MPN数将至50以下时基本认为消毒已彻底。

急性毒性实验：污泥消毒过程虽灭活了大部分的病原微生物，但投加含氯消毒剂的负面影响仍不容小觑，污泥中丰富的有机物为活性氯提供了大量的可结合位点，伴随消毒过程产生了多种含碳/氮消毒副产物，这些物质已被越来越多的研究证明具有致癌性和遗传毒性。本发明中通过离子交换树脂法将作为污泥主要组分的胞外聚合物提取出来，对该组分进行酸化预处理和消毒处理，酸化方法和消毒步骤与消毒污泥保持同步。以此来规避污泥中其他有害成分可能引起的发光细菌的损伤。用发光细菌毒性检测仪测定处理后的胞外聚合物样品的急性毒性。

具体步骤为：取出含有0.5g发光细菌冻干粉(青海弧菌Q67)的安瓿瓶室温下苏醒10min，加入0.52mL 0.85％NaCl溶液，再放置10min直至发光细菌完全复苏。每次测试前，空白对照组加入1.9mL0.85％NaCl溶液和0.1mL 1.7％NaCl溶液，实验组加入1.9mL样品和0.1mL1.7％NaCl溶液，然后在空白对照组和样品组均加入50μL苏醒后的发光细菌液，使用发光细菌仪检测荧光强度，荧光强度值越大，急性毒性越小。空白和样品组均做三个重复组。

质谱学分析实验：为了更好的认识污泥胞外聚合物分子在消毒前后的变化，以探究消毒副产物的生成规律，采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)对处理前后的污泥胞外聚合物进行测试分析。

具体步骤为：用1mol/L盐酸调节滤膜过滤后的样品pH至2.0，在固相萃取装置上安装好PPL柱，先后用18mL甲醇(色谱纯)和18mL pH＝2的盐酸酸化超纯水淋洗活化柱子；让样品以3ml/min的流速缓慢通过PPL柱以富集目标化合物，保证每个样品的总有机碳相同；样品流完后加入30mL pH＝2的盐酸酸化超纯水淋洗柱子，以除去盐分；排水之后通过氮吹干燥柱子，干燥的柱子用6mL甲醇洗脱，收集洗脱液；氮吹洗脱液至甲醇完全挥发，样品保存在-20℃冰箱中，FTICR-MS测定前用1mL体积比为1:1的甲醇水溶液溶解。

<实施例1>

取200ml污泥，分别投加浓度为0、5、10、15、30、34、36、40mg/g TSS的次氯酸钠溶液，放置在设有250rpm/min的磁力搅拌器上搅拌反应6h，按照国标GB4789.3-2016提出的MPN计数法测定大肠菌群的最大可能数。结果显示，如图1所示，不论是否调节pH，在投加量不超过10mg/g TSS(总悬浮物)时大肠菌群MPN都保持在一个相对较高的水平，而通过调节pH至2.5可以在15mg/g TSS的投加量下达到未调pH时30mg/g TSS投加量的效果，对大肠菌群的灭活也比较彻底。

<实施例2>

按照国标GB4789.3-2016提出的MPN计数法测定大肠菌群的最大可能数，通过在15mg/g TSS的次氯酸钠溶液投加量下，调节pH分别为6.6、5.0和2.5，可以直观的看出pH为2.5时大肠菌群灭活效率的提升，如图2所示。

<实施例3>

取一定量污泥，通过阳离子交换树脂法提取污泥胞外聚合物，向200ml的胞外聚合物中分别投加浓度为0、5、10、15、30、34、36、40mg/g TSS的次氯酸钠溶液，放置在设有250rpm/min的磁力搅拌器上搅拌反应6h，反应结束后，分别测定污泥胞外聚合物的发光细菌急性毒性。结果显示，经过调节降低pH值处理后，如图3-4所示，发光细菌急性毒性明显降低，因此，说明该技术可降低消毒污泥对生态环境的影响。

<实施例4>

取实施例2提取出的污泥胞外聚合物200ml，向200ml的胞外聚合物中分别投加浓度为0、5、10、15、30、34、36、40mg/g TSS的次氯酸钠溶液，放置在设有250rpm/min的磁力搅拌器上搅拌反应6h，反应结束后，经PPL小柱富集后用甲醇溶液洗脱，制样进行FT-ICR-MS分析。结果显示，如图5-8所示，对于原始污泥EPS来说氯化消毒后导致总分子量减少，含氮物质大量释放；而酸化预处理后氯化消毒前后分子量和含氮物质没有明显的变化，说明酸化抑制了木质素、含氮化合物的释放，产生少量单宁类物质，使得亲核取代反应发生的几率降低，从而减少了消毒副产物的产生。

<实施例5>

取实施例2提取出的污泥胞外聚合物200ml，向200ml的胞外聚合物中分别投加浓度为0、5、10、15、30、34、36、40mg/g TSS的次氯酸钠溶液，放置在设有250rpm/min的磁力搅拌器上搅拌反应6h，反应结束后，经PPL小柱富集后用甲醇溶液洗脱，制样进行FT-ICR-MS分析。结果显示，如图9-10所示，更直观的显示出调节pH前后含氯消毒副产物总量的下降，进一步说明预酸化减少了DBPs的产生，同时降低了污泥消毒副产物对环境的危害。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。