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美国环保局颁布的温度-时间等式(Time-temperature equation,USEPA,1992)根据采用的厌氧消化温度计算出生污泥在厌氧消化池内需要停留的最短时间,以确保厌氧消化污泥经高温厌氧消化杀菌后其微生物指标能够达到相应的A级标准。但在污水处理厂实际的工程运行时发现并经过研究证实,中温或高温厌氧消化后的污泥经高固体浓度离心脱水机脱水之后,所含的作为指示性微生物菌种之一的粪大肠菌(Fecal coliform)的浓度会显著升高,给泥饼的存放或处置特别是污泥的土地利用带来了问题。
存活的但不可培养(Viable but non-culturable,VBNC)状态是目前对这一问题最具可能性的解释机理。该假设认为,高温、中温厌氧消化过程都没有彻底使粪大肠菌(Fecal coliform)灭活。污泥中的指示性细菌进厌氧消化池之前或者在厌氧消化池内受不利环境条件的影响,进入了VBNC状态。VBNC状态从厌氧消化池的入口一直持续到脱水离心机的出口,在这期间用标准培养法(SCM)方法无法检测出污泥中有存活的细菌。而这些不可培养的存活细菌仍具活性,具有重新恢复活性的潜力。消化污泥经离心机脱水之后,进入VBNC状态的细菌在某些诱导因素的作用下重新复活,又可以培养了,但激活的机理尚不清楚。
研究考察了城市污水厂污泥按照美国环保局时间-温度等式(Time-temperature equation,USEPA,1992)的要求高温厌氧消化后,指示性微生物的含量能否达到A级标准。通过粪大肠杆菌(E.coli)分别在55℃、65℃、75℃、80℃加热试验结果表明,如果生污泥在进入厌氧消化池前,能够瞬时升温到厌氧消化需要的设计温度,则该等式对于杀死污泥中指示性微生物之一的粪大肠杆菌(E.coli)而言,是足够充分的或者是过于保守的。
在前期试验所得结论的基础上,初步对污泥处理过程中有可能增强细菌对加热杀菌抵抗能力的因素进行试验验证,用标准培养法(SCM)和不需细菌培养的流式细胞检测技术(FCM)检测结果表明:
(1)如果能够保证污泥瞬时从常温上升到厌氧消化的目标温度如55℃、65℃、75℃和80℃,那么按照美国环保局时间-温度等式(Time-temperatureequation,USEPA,1992)要求的厌氧消化时间加热杀菌后,足以保证消化污泥达到美国环保局规定的A级污泥标准。污泥中的固体颗粒及污泥中残留营养物的存在对厌氧消化加热杀菌的效果没有影响。
(2)污水厂生污泥进厌氧消化池之前或者进厌氧消化池之后的加热是一个逐渐升温的过程,这一过程使得粪大肠杆菌(E.coli)对加热杀菌的抵抗力增强。
(3)现在越来越多的污水处理厂采用了低有机物负荷的生物脱氮工艺,这些处理系统中的微生物都处于营养物受限的环境,而且在进消化池之前的浓缩池中还进一步经历了饥饿胁迫,使得粪大肠杆菌(E.coli)对加热杀菌的抵抗力增强。
(4)污水厂的原污水中会携带很多化学物质,污水处理系统产生的剩余污泥中含有很多细菌、病原微生物、寄生虫卵等微生物,浓缩过程中会产生许多化学物质及微生物的代谢产物。这些物质作为一种胁迫,在未加热之前使细菌的抗热性增强,在加热杀菌过程中又促使细菌死亡。
(5)在试验所考察的逐渐升温、饥饿胁迫、TSF胁迫三个影响粪大肠杆菌(E.coli)抗热性的因素中,逐渐升温所起的作用最大。
(6)当对微生物的VBNC状态、细胞的尺寸、生理状态、DNA含量等进行深入研究时,传统的标准培养法(SCM)远远不能满足要求。流式细胞检测技术(FCM)可在保持被检测的细胞及细胞器或微粒的结构及其功能不被破坏的状态下,对单细胞或其他的生物粒子进行定量分析和分选,并能同时从一个细胞中测得一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参数。流式细胞检测技术(FCM)为细胞分析提供了全新的手段,在环境工程领域的应用也会越来越广泛。