生化水处理

1.4污染物浓度的表示法污水中的污染物一般是有机和无机化合物的复杂混合物，要进行全分析是很困难的。常采用综合指标间接表示其含量。这些综合指标有生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)等。1.4.1生化需氧量(BOD)系指在好气条件下，细菌分解可生物降解的有机物质所需的氧量，单位mg/l。BOD试验可看作是湿式氧化过程。氧化过程进行的很慢，而且具有明显的阶段性。在第一阶段，主要是有机物被转化为无机的CO2、H2O和NH3，故也称无机化阶段。在第二阶段，主要是氨依次被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，故也称硝化阶段。一般有机物在20℃的环境中，需要20天左右才能基本完成第一阶段的氧化分解过程，这在实际应用上是有困难的。因此，以5天作为测定生化需氧量的标准时间，以BOD5表示。1.4.2化学需氧量（COD）)JX!r$y+b)h6q2d系指污水在酸性溶液中被化学氧化剂高锰酸钾或重铬酸钾氧化有机物所需要的氧量，分别用CODMn和CODCr表示，单位mg/l。化学需氧量几乎可以表示有机物被全部氧化所需的氧量。测定不受水质的影响，2~3h即可完成。目前多数国家采用CODCr法+M2n+H6k0Q(W1.5生物处理工艺有关名词解释!r-_3A(z:e%}7L)V1）水力停留时间.\#z:q-G+n*f7])U%?6]8d水力停留时间是指进入生物处理装置的污水在装置内的停留时间，以tHRT表示。如果反应器的有效容积为V(m3)，进水流量为Q(m3/h)，则tHRT=。*R3i8n:g(e8N.h2）混合液悬浮固体(MLSS)浓度:|2z-m+Kj4_(r!a混合液悬浮固体浓度系指曝气池中1升混合液所含悬浮固体(活性污泥)的量，以mg/l或g/l表示。亦即污泥浓度。它主要包括活性微生物、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上的不能被微生物降解的有机物和无机物。工程上以MLSS作为间接计量活性污泥微生物的指标。8R+t#A/H7j(Q'R在混合液悬浮固体中的有机物的量，常被称为混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)MLVSS表示的活性污泥微生物量比用MLSS表示更切合实际。就污水处理而言，污泥浓度高，运转较安全，泡沫少，曝气池容积也可以缩小，但污泥浓度过高，混合液黏滞度变大，氧的吸收率下降，污泥与水分离困难。常规方法，浓度控制在2～4g/l。$b#v%[(`8x%H9^5D!h3）生化处理的负荷%i'j4M6R'S]'q生化处理的负荷有两种表示法$N3m,i5Q7S*{'e（1）污泥负荷(SLR或Ls)单位质量的活性污泥，在单位时间内所能承受的污染物量。例如：%c)N7H(X,R2NWBOD5污泥负荷，单位是kgBOD5/kgMLSS﹒dCOD污泥负荷，单位是kgCOD5/kgMLSS﹒d)dh,L;R5M9tNH3-N污泥负荷，单位是kgNH3-N/kgMLSS﹒d5x6[0K)x+R3J'w,e,Y6M1@2b3h&f't4s!O(w4U（2）容积负荷(VLR或Lv)单位处理装置的有效容积在单位时间内所能承受的污染物量。例如：BOD5容积负荷，单位是kgBOD5/m3﹒d,T:S'z-f+P:L6Z.P&jCOD容积负荷，单位是kgCOD5/m3﹒d6hw9b9R{,o9W9UNH3-N容积负荷，单位是kgNH3-N/m3﹒d4）污泥容积指数(SVL或Iv)污泥容积指数是表示污泥沉降性能的参数。其定义是生化装置中的污泥悬浮液在静置30min的情况下，1克活性污泥所占的体积(ml)，单位是ml/g。污泥容积指数能反映活性污泥的松散程度和凝聚沉降性能。污泥指数过低，说明泥粒细小紧密，含无机物多，缺乏活性和吸附能力；污泥指数过高，说明污泥太松散，沉降性能差，有可能发生或已经发生膨胀。5）污泥沉降比(SV)污泥沉降比系指曝气池混合液在100ml量筒中，静置30min后，沉降污泥与混合液之体积比(%)。正常污泥在静置30min后，一般可达到它的最大密度。污泥沉降比主要反映混合液中污泥数量的多少，可以用来控制污泥的排放时间和排放数量。性能良好的活性污泥，沉降比在15%~40%。6）溶解氧（DO）-{_9z/e,i4S+n/[溶解于水中的分子状态氧为溶解氧，单位是mg/l。淡水在1个大气压下，20℃时溶解氧极限值为9.2mg/l，污水则远远低于此值。7）活性污泥回流比活性污泥回流比是活性污泥回流量与曝气池处理水量的比。污泥回流的作用是保证有足够的微生物与进水混合，维持合理的污泥负荷。回流的污泥是二次沉淀池沉淀的污泥，一般回流到曝气池的起端。8）污泥龄(ts)污泥龄是指活性污泥在曝气池中的平均停留时间，可用下式表示：污泥龄=污泥龄和增殖有密切关系，可用污泥龄控制剩余污泥量。污泥龄还可以反映微生物的组成，世代时间比污泥龄长的微生物在系统中将被逐渐淘汰。8S0~/c,A;|%[b对污泥龄变化最敏感的是活性污泥的沉淀性能。当污泥龄很小时，微生物多呈游离状，能够产生凝聚作用的微生物不能在系统中存活，活性污泥的沉淀性能将恶化。反之，污泥龄过长时，活性污泥在二次沉淀池内长期缺氧，污泥絮凝体将遭到解体破坏。活性污泥的活性同样也和污泥龄有关，污泥龄增高，其中主要由衰死细菌细胞残骸组成的惰性物质越积越多。虽然在系统中活性污泥的浓度很高，但是在污泥中存活的具有降解底物功能的活体数却较少。#u(J/[7t1r9O1）表面负荷i$UH#m$f5~表面负荷是指单位沉淀池面积在单位时间内所能处理的污水量，单位为m3/m2﹒h.。9d(v*c+CN3q1.6影响微生物生长的因素4f\7Iz7~3C;p*Z/n&l1.6.1营养$F5G*t#Ru8D!V3^通过对细菌的细胞化学组成的分析，可以概括地了解细菌在其生命活动中所需要的营养物主要有水、碳源、氮源和无机盐类等。0}+O/g3a8g8W7a-j(N1)水水是组成微生物细胞的主要成分，细胞的一切生物化学反应都是在水中进行的。活性污泥法中的细菌，由于生活在水中，不存在缺水问题。但是，用生物滤池或生物转盘处理污水时，一旦停止进水或转盘停止转动，生物膜中微生物就会停止生长，时间过长还会死亡。2D+{3U8F2s*s5l6y$C2a2)碳源碳是构成微生物体的重要元素。含碳有机物是细菌生长、发育的重要能源。细菌对于不同碳素营养的同化能力是不同的。据此，细菌分为有机营养型(异养型)和无机营养型(自养型)两类。有机营养型细菌以含碳有机物为营养，如淀粉、纤维素、糖类、有机酸、蛋白质、醇类、烃类等。较复杂的有机物则需先分解为简单有机物才能被细菌利用。无机营养型细菌以无机碳为碳源，如二氧化碳、碳酸盐。一般在污水中都含有细菌所能利用的碳源。7{H/j4R0Y-g%q3)氮源氮是构成微生物细胞的基本物质－蛋白质的主要元素，在微生物的蛋白质、核酸等分子中都含有氮元素。细菌比较容易利用氨态氮，这是由于氨容易与细菌体内的有机酸结合生成细菌所需要的氨基酸。细菌按需要氮源情况不同，可分为氨基酸自养型和氨基酸异养型两类。氨基酸自养型细菌只需要无机氮化合物，如铵盐、硝酸盐等，但也能利用简单有机含氮化合物如氨基酸、尿素等。)p,h&B+R,sl(lk细菌对氮源和碳源的需要量有一定的比例。如果污水中的碳源过多，氮源不足将引起球衣细菌大量繁殖，容易造成污泥膨胀，而碳源不足，氮源过多，将造成污泥松散，黏性不足。4)无机盐类无机盐类也是细菌活动所不可缺少的营养物质。其主要作用是：构成细菌细胞的组成成分；酶的组成成分并维持酶的作用；调节细胞渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等。(f-z0H1q!p#n'@应该特别指出，磷在微生物细胞元素组成中占全部矿物质元素的50%左右，在能量转换中磷又起着重要作用。一般在生化处理后的污水中含磷量以不少于0.5~1mg/L为宜。如缺磷，可投加磷酸钾盐或钠盐，以补不足。:^3n*t2RwJ/m根据大量试验分析以及生产实践经验总结，普遍认为，对于好气性生物处理，碳、氮、磷的需要量应满足BOD5：N：P=100：5：1的关系。1.6.2水质/};`2P(\!](B$l3L进行生化处理时，污水水质条件是非常重要的。1)PH值污水的PH值主要影响细菌细胞质膜上的电荷性质。细胞质膜上的正常电荷，有助于细菌对某些物质的吸收，如果电荷性质发生变化，将影响细菌细胞正常的物质代谢。高浓度的氢离子可引起菌体表面蛋白质和核酸水解。对好气性生物处理，PH值一般保持在6~9，对厌气性生物处理，PH值应保持在6.5~8之间。在运行过程中，PH值不能突然变化太大，以防止微生物生长繁殖受到抑制或死亡，影响处理效果。生物脱氮法的硝化菌主要降解NH3，产生NO3-和H+，使污水PH值下降，若不及时补给碱液，硝化反应就会停止。$^4K)@4P;m-X6I$K8]3[2)有毒物质凡对微生物具有抑制生长繁殖或扼杀作用的化学物质都是有毒物质。毒物包括重金属盐、氰化物、硫化物、砷化物、某些有机物以及油脂等。不同类型的毒物化学性质不同，对微生物毒害作用也不同。例如，许多重金属离子能与微生物蛋白质结合，使蛋白质沉淀或变性，使酶失去活性；酚、氰等在浓度高时将破坏细菌的细胞质膜和细菌体内的酶；油脂可能以油膜包围微生物有机体，使之与氧隔绝，妨碍对营养物质的吸附和吸收。毒物毒性的强弱随着污水的PH值、溶解氧含量以及同时存在几种有毒物质等因素的不同，可以有较大的差异。不同种类的微生物对毒物毒性的承耐力不同，经驯化后的微生物对毒物毒性的承受力可以大大提高。1.6.3氧气供给充足的氧是好氧性生物处理顺利进行的决定性因素之一。供氧不足将使处理效果明显下降，甚至造成局部厌气分解，使曝气池污泥上浮，生物滤池滤料上和生物转盘上的生物膜大量脱落。供氧过多除造成浪费外，还会在营养缺乏时引起污泥和生物膜的自身氧化，影响处理效果。在应用活性污泥法处理工业污水时，曝气区混合液的溶解氧维持在2~4mg/L为宜，出水溶解氧不低于1mg/L，可以认为氧气已经够用。1.6.4温度适宜温度可以加速微生物的生长繁殖。一般好气性生物处理水温在20~40℃，可获得满意的处理效果。温度过低时，微生物代谢作用减慢，活动受到抑制，当温度降低10℃，生化过程速度降低1~2倍。温度过高时，微生物细胞原生质胶体凝固，使酶作用停止，造成微生物死亡。因此需要调节到适宜温度，再进行生化处理。1.7污水生化处理的基本原理根据在处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，生化处理法可分为好气性生物处理、厌氧性生物处理和两者结合的生物处理。1.7.1好氧生物处理好氧生物处理是在有氧的情况下，借助好氧微生物的作用来进行的。在处理过程中，污水中的溶解性有机物透过细菌的细胞壁为细菌所吸收，固体的和胶体的有机物先附着在细菌体外，由细菌所分泌的外酶分解为溶解性物质，再渗入细菌细胞。细菌通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物(如有机物中的C被氧化成CO2，H和O化合成水，N被氧化成NH3，P被氧化成PO43-，S被氧化成SO42-等)，并放出细菌生长、活动所需要的能量，而把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养质，组成新的原生质，于是细菌逐渐长大、分裂，产生更多的细菌。焦化污水生物脱酚就是利用这一原理。1.7.2厌氧生物处理厌氧生物处理是在无氧的条件下，借厌氧微生物的作用来进行的。图1-2简单地说明了有机物的厌氧分解处理过程。分解初期，微生物活动中的分解产物是有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢及其它一些硫化物等。在这一阶段，有机酸大量积累，PH值随着下降，所以也叫酸性发酵阶段，参与的细菌统称产酸细菌。在分解后期，主要是甲烷菌的作用，有机酸迅速分解，PH值迅速上升，所以这一阶段的分解也叫碱性发酵阶段。+N2^:c)m9v)@1.7.3好氧—厌氧结合的生物处理焦化污水脱氮是好氧和厌氧生物处理的综合过程，在适宜的条件下，将污水中的NH3—N、COD等污染物降解。1N(Y6z9@'\9P'D焦化污水中的氮，主要以氨氮形态存在。脱除氨氮要经过硝化反应过程和反硝化反应过程。硝化反应过程氨氮转化的第一个过程是硝化。硝化菌把氨氮转化成硝酸盐的过程称为硝