好氧生物处理污水李晨燕

好氧生物处理污水AerobicBiologicalTr.atmentofWasteWaterJla.esR.Si.p阅.TbeartilceP,比姆n扭theleratiosn别.ongy翻do此脚川阴既扭招ofthe舰”由ic加OI心caI如ea如叫,tproc.活,whihc15ad叩t叫ot耐lceIo魂anicsnIwasetwater恤hetaCtiva触月幼呐笋.”触.·,扮en”.川or价CIotrS钾hi由妞nuence抓回罗IaOdiguaretandthee件改tornlltdle吐de.川’d,p嗽i脚红吐协。.Odertllr。目.h呐醉皿htetreatment口te.re目50introd砚曰。降低低浓度有机废液中有机物含量最有效的方法包括在活性污泥系统中进行好氧生物处理、沙滤、生物转盘接触法,以及天然与好氧曝气池处理,所有这些方法都是采用基本相同的生物过程有效处理。本文将综述与活性污泥有关系的生物处理的详细资料。在好氧处理系统中部分有机物在排出系统之前即氧化成水与以飞,从而放出能量用于将剩余的有机物制成大量的徽生物在最终沉降池中沉降。所以,废有机物具有双重功能:用于生长微生物的碳源与能源。整个生物化学反应过程用图解法表示(图1、图2)。最基本的是物理与化学环境要很适合生物的生长,例如,适当的温度与困值以及没有毒性物质或抑制性物质存在。此外,废物必须含有各种营养物质和供微生物生长的各种因子。对任何特殊废物,氧化单位数量的有机物都会释放出相应的能量,对一给定数量的微生物,将用这种能量制成相应的细胞质,即在废有机物的氧化过程(用氧)和生物固态物的产量之间存在一种线性关系。当废物被代谢而未进一步产生合成作用时,徽生物即经历内源呼吸并刻七其细胞质以获得能量。在单位数量的细胞质的氧化过程(用氧)和减少生物固态物质量之间也存在线性关系。这二线性关系可以推导出描述典型单细胞物质的经验公式:QHI从飞+7.沃、~70几+4践O+N践(单细胞物质)描述这种相互关系的理论与实际曲线如图3与图4所示。在给定环境中起主要作用的微生物的种类要受到有机物的性质和废水中存在的营养物质的影响。各种微生物都具有不同的生理学特性,因为生成的生物固态物都会有规律地从处理过程排出,从废水中排出的营养物通常都不能再循一24一环利用,在未处理的废物中必须存在有营养物质。好氧生物处理的基本原理是:可溶性和胶质有机物或生化浦氧量(曰】〕)被转换成可以沉降的生物固态物质,这些物质经回收后作进一步处理或处置。如上所述,在好氧生物处理系统中,显然至少要考虑五个决定因素:(1)要去除的有机物数量。这就要对所有的待处理废水作可靠的取样和分析并选择能产生理想数量的最终排放液的适当方法。(2)满足徽生物处理时的代谢需氧量。这是待处理的污染物数童和处理过程中徽生物的负荷(F/M)或生化条件的函数。(3)为达到有效充分处理所需要的微生物的数量与种类。就要求徽生物要具有能适应废物中有机物的影响的能力,处理系统的性质要能确保存在有足够数量的徽生物和充分的时间,以代谢污染物。在这方面,废水特性高度变化即会出间题。(4)处置的二次污泥排放量。这个数量取决于处理过程的F/M值和原始废水中存在的惰性残渣的数最。(5)提供与维护微生物的物理化学环境。在这方面必须严格控制任何可能对微生物有害的废物排放,且处理装置必须保持天然条件。1.污泥负荷(F/M)影响处稗装置的操作效能的主要基本因素是在给定条件下单位数量的微生物在单位时间内需要氧化的有机物数量。在单位时间内要处理的有机物数量就是设计的理】〕负荷,以每天用的公斤表示之。在缺少切实可行的测量系统中活性徽生物数量的方法时,曝气池中活性污泥的总重量,即混合液悬浮固态物(hn乏石)即用来代表h亚乏吕总量与活性微生物之间的比例。活性污姐负载率或F/从通常都用每千克加盯泛石每天处理的理刃量表示。当污泥负荷的极限数量可以选择时,实际设计通常都用下列三类中的任何一类:F/M值大于0.35的高比例系统;F/M值在0.2一0.25之间的常规系统和习M值小于0,15的延续.气系统。F/M值可以影响处理系统中的很多因素,现简述如下:1.1污泥的产生与污泥价新污泥的产生主要会受到F/M值的控制,在平衡的处理系统中污泥的日产量决定了污泥寿命。污泥产率可用处理系统中污泥总童增长的百分率表示。例如10%,则其寿命为10天。必须从处理系统中排出的污泥实际日产t,除受F/M值影响外还要受到一些其它因索的影响,例如最终流出物中生物固态物的报失,处理系统中的食肉性动物和未处理度物中不能降解的残渣。在1水温度下计算使用的单位重量庄】O所产生污泥量的经验公式如下:a=k+(F/M)o·s式中:a二单位重量压刃产生的污泥量k二补偿不能降解的残渣常数为0.2(典型沉降污泥)该公式已用于计算表1中的关系。1.2玫刃的除去污泥负荷是影响最终排出废液质量的因素之一,当F/M值小于0.3或大于95%,或更高时,需要除去班】〕的废液,随着污泥负载的增加,排出废液质量即逐渐下降。实际上,F/M值高时污泥的寿命即相对缩短,而且污泥生态学还不成熟,即是说只能提供有限的徽生物物物种、此外,随着高污泥负荷奉的扩散,将生成不易絮疑和沉降的徽生物,即这是“高能量”系统。当F/M值低于0.3时,污泥的寿命即随之延长,且更成熟,能级水平较低,且特别细胞质(新细胞)有机物废物(CO:、H:0、NH3)图1有机物的好氧代谢高产率传统的持续曝气i喇撼l|leslll上俞扭少少少一\\...氧化作用用用\\\\\\\\、一一一一Tl(TZ时间图2在氧化与合成作用中的时间效应容易絮疑。此外,成熟的污泥通常含有大量的肉食者与草食者,和在系统中控制游离微生物的微生物,因此最终流出的废液量增多。1.3瀚级,处理过程的耗氧量主要取决于污泥龄与氮的硝化作用(后面要详论)。污泥的负载率从三个途径影响处理过程的需氧量:①如前所述,参加作用的部分仪】O被氧化成以飞与践0(图1一4);②由参加作用的仪】O合成的一部分生物固态物会在细胞内的呼吸过程中被氧化,这个量是固态物在系统中停留时间或F/M值的一个函数;③可容的和被活性污泥吸附的胶质有机物可在代谢前从系统中排出。最后,污泥在处理过程中的停留时间越长(F/M值低),所氧化的吸附有机物也越多,这也需要氧。相反,在高负荷情况下,会生成大量的剩余污泥,这就必须从系统中排出更多的生成的生物固态物,并带着被吸附与吸收的有机物。在污泥负荷与含碳物质氧化作用的需氧量之间的关系数据还只显出一些相似性,在实践中表2的关系具有良好的使用效果。每天改变压刃O的作用量,将会引起需氧量的变化,如果全天都以平均速度曝气,这种变化将是周期性的,当溶解氧降室零时,则对操作过程不利。在另外一些时间里需氧量可能低于平均值,这样就会引起不必要的】X)值过高从而浪费能量。以)的水平应在每升水为1.5一2.0毫克,但实际上采用的璐氧量最低值与最高值常在每升水为。,5一3.0毫克,使用以)电极能实现自动控制。当需要进行氮的硝化时,按筑化每公斤氮供应4乃公斤载的比例去增加所需的氧盘。1.4徽生物的生长,特殊有机.的处理和纽的确化在既定处置装里中,起主要作用的微生物种类要受到下列因素的影响:需待处理的废物性质、营养物获得量和各种生长因素获得性、物理与化学环境以及污泥寿命。最后一项因素的重要性常常不易充分评价,然面它主要影响特殊有机物的处理与氮的稍化;在考虑废物的可处理性时它可能是最重要的因素。在既定环境中,不同的徽生物的生长速度不同,每种徽生物都有其特定的生长率或双倍的时何。在活性污泥系统中微生物的量以正常逮度生长,但从系统中要排出过多的污泥时级生物救盘即会减少。当一特殊处理装盆处于平衡状态时,在该系统中排出的合成污泥级必须与新产生的污泥童相等,所以它是F/M的函数。因此,如果污泥的排出速度大于其产生速度时,则在活性污泥中不能存在足够的徽生物数爱。这对摇买破坏特殊有机组分以及在由生长滩度慢的某种徽生物来实现这一过程时特翅双要。在F/M高的系统中,极生物生长速度快,污泥的寿命短`因此在污泥中只存在生长期短力徽生物。达宁(D助舰11飞)与其他人士对氮的硝化作用的结论和达宁及诺尔斯(K扭网如)的结论相同,在活性污泥与生活污泥混合物中,在闭值为7一8,祖度在5一25’C时硝化徽生物,即亚硝瞬化杆菌(入欣甩如翩山)的生长速度用下式计算:K后0.1e80侧卜均即温度每上升1’Q生长常数K约增加13%。使用上述公式计算出不会发生氮的硝化作用的污泥临界负载率的比例关系如下表所示:表1F/M增长(a)生产率(%)污泥龄(天)050`132219.27.74.43J沮沮度度生长率常数数临界污泥泥临界侧M值值(((.)))C(每天增长%)))麟(天)))(阿甸甸555555.422218+5550.1111110009.877710.1110.16661115551.8仍仍5.6660.2555即即即脸。即即3一000仪如如2lblb0000567234000ùU表2/FFFMMM污泥泥盛载ttt使用最大大最大使使(((k创掩)))赞(天)))(k/g纯仪〕D)))值与平均值值用值值000.1和更少少20和更多多1.60001.5552.4000000.155510。0001.88831.6662.2000000.62000.7771。12222。7772。7770000.55525。0001。10001。1888.8889000.30004.1000.00001.9991.0009000.42000。9990.88882。1000.7666000。61000。8880。44472。2221。6333要大量的其它元素。已经知道微生物生长所需要的痕量元素有:钾、镁、钙、钠、铁、锰、钻、铜、镍、锌、相、和钒。贝费里奇和多伊尔(1959)以及辛普森(1991)等人提出,缺少痕量金属是导致活性污泥膨胀的主要原因。3.沉降性能与回流污泥2.苗转物摇要I好氧生物系统基本上是需要稳定废水中的含碳量,如果徽生物的生长不受限制就必须保持营养物的平衡。微生物不仅从废物中获得熊量与食物,而且取得供生长用的营养物与酶辅酶、酶活化剂的组成单元和细胞质,如果没有这些,生物化学反应就会受到阻碍或削弱。为了合成蛋白质、能的转换酶等,需要氮和磷。对于常规处理系统,必须符合下列比例:仪】O:有效氮(N):有效磷(P)=100:5:1如果营养物的数量不足,处理效率即会降低(图5)。公以凡N、P、S六种元素共占徽生物细胞干重量的95%,但已知道,在细胞的剩余部分中还有其它元素,研究表明,为了徽生物的健康生长,还需\窄供应厂一一\~内源呼吸撇包鼻州吸氧量图3合成与吸氧量之间的理论关系ǎ一\助已à葬贬淤匆蟆吸氧量(mg/l)图4在有假细胞存在下葡萄糖产生的固态物与吸组l的关系活性污泥的沉降性通常是用搅拌污泥容积指数(袋万1)来表示的,该指数是1克(干重)混合液悬浮固态物(h叮泛石)在慢慢搅拌30分钟后所占有的体积。任刃1是用在活性污泥的计算与运行中:(1)确定回徐活性污泥(凡铭)的系统大小;(2)控侧睡气池中混合液悬浮固态物含量;(3)作为污泥沉降性能的一项条件指标,即广泛认可的污泥的容积指数(SVI)值等于或小于125田以L是令人满意的,相反,体积膨胀的污泥的容积指数(SVI)则大于15()n回玩当一项工序的设计确定后,所要求的F/M值也被选定了,例如:F/M值为0.25坛玫l丫鲍hn万民hn泛右的浓度为3X(犯功以从曝气池中的仪】〕流量已知为39(犯叼氏则.气池的大小计算如下:M二玫刃实用量/污泥负荷=390()/0.25=156(犯掩hn乏石故嗓气池容积=坛如n乏石x10(X)/h盯乏石的浓度(”州)L=15以X)x10(犯/30卯二52X()时为了维持曝气池需要的F/M值这一前提,必须注意回镶污泥中惫浮圈态物(RA咬石)的浓度。嗯气他在德定状况下,进入最终沉降池的固态物盆必烦等于回流到麟气池中的固态物t,可利用下式来计算(图6):R·Y=(Q+R)·X从而,R=X