小型地埋式生活污水處理設(shè)施
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一體化污水處理設(shè)備常用主體工藝
一體化污水處理設(shè)備采用的主體工藝以A/O(厭氧-好氧活性污泥法)工藝為主。隨著污水處理要求的不斷提高與多元化需求，MBR(膜生物反應(yīng)器)工藝、SBR(序批式活性污泥法)工藝也作為主體工藝運(yùn)用到一體化污水處理設(shè)備中。由于采用其他工藝作為主體工藝的一體化污水處理設(shè)備效率較低或應(yīng)用不廣等原因，故筆者不予以分析比較。
A/O主體工藝
工藝原理
厭氧-好氧活性污泥法是由厭氧和好氧兩部分反應(yīng)組成的污水生物處理工藝。污水進(jìn)入?yún)捬醭睾螅c回流污泥混合。活性污泥中的聚磷菌在這一過程中大量吸收污水中的BOD，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中。混合液進(jìn)入好氧池后，有機(jī)物被氧化分解，同時(shí)聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸鹽到污泥中。由于聚磷菌在好氧條件下吸收的磷多于厭氧條件下釋放的磷，因此，污水經(jīng)過“厭氧-好氧”的交替作用和二沉池的污泥分離作用，終達(dá)到除磷的目的。
工藝特點(diǎn)
采用A/O工藝作為主體工藝的一體化污水處理設(shè)備具備降低有機(jī)污染物和除磷脫氮的功能，也不存在污泥膨脹問題，運(yùn)行管理較簡(jiǎn)便。由于填料的比表面積大，池內(nèi)的充氧條件良好，生物接觸氧化池內(nèi)單位容積的生物固體量高，再加上污泥回流，反應(yīng)池內(nèi)活性污泥濃度較高，因此兼有活性污泥法的特點(diǎn)，具有較高的容積負(fù)荷。由于生物固體量多，當(dāng)有機(jī)容積負(fù)荷較高時(shí)，其F/M比可以保持在一定水平，因此，污泥產(chǎn)量可相當(dāng)于或低于活性污泥法。該工藝操作簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定，是目前較為成熟的生活污水處理工藝，能有效地確保污水達(dá)標(biāo)排放。
工藝流程說明
生活污水經(jīng)格柵進(jìn)入調(diào)節(jié)池后，由污水泵抽送至*生物處理池(兼氧池)，兼氧池內(nèi)掛有彈性填料，通過吸附在填料上的兼氧細(xì)菌的吸附水解作用，使污水中對(duì)生物細(xì)菌有抑制作用和難以生物降解的有機(jī)物水解，大分子的有機(jī)物水解為小分子的有機(jī)物，并對(duì)固體有機(jī)物進(jìn)行降解，減少了污泥量，降低污水中懸浮固體的含量，并利用污水中的有機(jī)物作為碳源，使從后級(jí)好氧段回流的硝化液中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮在兼氧脫氮菌的作用下形成氣態(tài)氮從污水中逸出，達(dá)到脫氮的目的，從而降解污水中有機(jī)污染物，提高污水的生化可降解性，并去除污水中的氨氮和懸浮物。兼氧池出水進(jìn)入O級(jí)好氧接觸氧化池，好氧池內(nèi)好氧微生物在水體中有充足溶解氧的情況下，利用污水中的可溶性污染物進(jìn)行新陳代謝，從而達(dá)到去除污水中可溶解性污染物的目的。
好氧池出水自流入二沉池，污水中大部分懸浮物能在此得以有效去除。二沉池出水自流入中間水池貯存，再由中間水泵提升到砂過濾器去除水中膠體、顆粒、懸浮雜質(zhì)，確保出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，消毒排放。經(jīng)格柵處攔截的柵渣定期清理外運(yùn)，二沉池中的污泥部分回流至*生物處理池，另一部分污泥至污泥池使污泥進(jìn)行好氧穩(wěn)定消化，減少污泥體積和臭氣排放，消化池上清液溢流回到調(diào)節(jié)池進(jìn)行循環(huán)處理。剩余污泥定期抽送出設(shè)備罐體外運(yùn)處置。
MBR主體工藝
工藝原理。
膜生物反應(yīng)器技術(shù)是活性污泥生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種新工藝。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池進(jìn)行固液分離，而是使用中空纖維膜替代沉淀池，因此具有固液分離性能。同時(shí)利用膜的特性，使活性污泥不隨出水流失，在生化池中形成8000～12000mg/L超高濃度的活性污泥濃度，使污染物分解*，因此，出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定，出水細(xì)菌、懸浮物和濁度接近于零。
工藝特點(diǎn)。
MBR處理工藝對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性好，耐沖擊負(fù)荷性能好，出水水質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹;池中采用新型彈性立體填料，比表面積大，微生物易掛膜，脫膜，在同樣有機(jī)物負(fù)荷條件下，對(duì)有機(jī)物去除率高，能提高空氣中的氧在水中溶解度;工藝簡(jiǎn)單，不必單獨(dú)設(shè)立沉淀、過濾等固液分離池，占地面積少，水力停留時(shí)間大大縮短;污泥排放量少，只有傳統(tǒng)工藝的30%，污泥處理費(fèi)用低，但一次性投資較高。
工藝流程說明。
污水經(jīng)格柵進(jìn)人調(diào)節(jié)池后，經(jīng)提升泵進(jìn)入生物反應(yīng)器，通過PLC控制器開啟鼓風(fēng)機(jī)充氧，生物反應(yīng)器出水經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入膜分離處理單元，濃水返回調(diào)節(jié)池。反沖洗泵利用清洗池中處理水對(duì)膜處理設(shè)備進(jìn)行反沖洗，反沖污水返回調(diào)節(jié)池。通過生物反應(yīng)池內(nèi)的水位控制提升泵的啟閉。膜單元的過濾操作與反沖洗操作可自動(dòng)或手動(dòng)控制。當(dāng)膜單元需要化學(xué)清洗操作時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥和污水循環(huán)閥，打開藥洗閥和藥劑循環(huán)閥，啟動(dòng)藥液循環(huán)泵，進(jìn)行化學(xué)清洗操作。MBR工藝是膜分離技術(shù)與活性污泥法有機(jī)結(jié)合的新型污水處理技術(shù)，它利用膜的截留作用，將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留住，省掉了初沉池和二沉池，進(jìn)行固液分離，有效地達(dá)到了泥水分離的目的。活性污泥濃度因此大大提高，水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間可以分別控制，而難降解的大分子有機(jī)物，延長(zhǎng)其在反應(yīng)器的停留時(shí)間，使之得到大限度的分解，大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。
懸浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增長(zhǎng)率(μ)來(lái)描述，即單位質(zhì)量微生物的增長(zhǎng)繁殖速率。因此，在研究微生物活性對(duì)生物膜形成的初階段的影響時(shí)，關(guān)鍵是如何控制懸浮微生物的比增長(zhǎng)率。研究結(jié)果表明，硝化細(xì)菌在載體表面的附著固定量及初始速率均正比于懸浮硝化細(xì)菌的活性。異養(yǎng)生物膜的形成時(shí)也得出同樣結(jié)果。影響懸浮微生物活性的因素主要有如下幾種。
(1)當(dāng)懸浮微生物的生物活性較高時(shí)，其分泌胞外多聚物的能力較強(qiáng)。這種粘性的胞外多聚物在細(xì)菌與載體之間起到了生物粘合劑的作用，使得細(xì)菌易于在載體表面附著、固定；
(2)微生物所處的能量水平直接與它們的增長(zhǎng)率相關(guān)。當(dāng)盧增加時(shí)，懸浮微生物的動(dòng)能隨之增加。這些能量有助于克服在固定化過程中微生物載體表面間的能壘，使得細(xì)菌初始積累速率與懸浮細(xì)菌活性成正比。
(3)微生物的表面結(jié)構(gòu)隨著其活性的不同而相應(yīng)變化。懸浮細(xì)菌活性對(duì)細(xì)菌在載體表面的附著固定過程有影響，而且，細(xì)菌表面的化學(xué)組成、官能團(tuán)的量也隨細(xì)菌活性的變化有顯著變化。細(xì)胞膜等隨懸浮細(xì)菌活性的變化而有顯著變化。細(xì)菌表面的這些變化將直接影響微生物在載體表面的附著、固定。因此，通常認(rèn)為，由懸浮微生物活性變化而引起的細(xì)菌表面生理狀態(tài)或分子組成的變化是有利于細(xì)菌在載體表面附著、固定的。
溫度
水溫是微生物的重要生存因子,在適宜的水溫范圍內(nèi)微生物可大量生長(zhǎng)繁殖。每一種微生物都有一個(gè)zui適生長(zhǎng)溫度，在一定溫度范圍內(nèi)大多數(shù)微生物的新陳代謝活動(dòng)都會(huì)隨著溫度的升高而增強(qiáng)，隨著溫度的下降而減弱。好氧微生物的適宜溫度范圍是10—35℃。水溫對(duì)硝化菌的生長(zhǎng)和硝化速率有較大的影響。大多數(shù)硝化菌合適的生長(zhǎng)溫度是25—30℃之間，當(dāng)溫度低于25℃或者高于30℃硝化菌生長(zhǎng)減慢，10℃以下硝化菌的生長(zhǎng)及硝化作用顯著減慢。
溫度是影響生物活性和代謝能力的關(guān)鍵因素，其對(duì)硝化反應(yīng)過程的影響主要在于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)規(guī)律及生物活性上。
溫度對(duì)生物活性的影響表現(xiàn)為：一是對(duì)生化反應(yīng)速率的影響；二是對(duì)氧的傳質(zhì)速率的影響。
進(jìn)水水質(zhì)
（1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
參與活性污泥處理的微生物，在其生命活動(dòng)過程中，需要不斷從周圍環(huán)境的污水中吸取其所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽類以及某些生長(zhǎng)素等。待處理的污水中必須充分含有這些物質(zhì)。碳是構(gòu)成微生物細(xì)胞的重要物質(zhì)，參與活性污泥處理的微生物對(duì)碳源需求量較大，一般以BOD5計(jì)，不應(yīng)低于100mg/L。生活污水碳源比較充足，對(duì)于一些碳源不足的工業(yè)廢水則應(yīng)補(bǔ)充碳源，如生活污水或是淀粉等。
氮是組成微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸的重要元素，氮源可來(lái)自N2、NH3、NO3等無(wú)機(jī)氮化合物，也可以來(lái)自蛋白質(zhì)、胨（音dong）以及氨基酸等有機(jī)含氮化合物。生活污水中氮源充足，不需要另行投加；工業(yè)廢水則應(yīng)考慮含氮是否充足，必要時(shí)可投加尿素、硫酸銨等。
磷是合成核蛋白、卵磷脂以及其他磷化合物的重要元素，在微生物的代謝和物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起重要作用。輔酶I、輔酶II、磷酸腺苷等都含有磷。微生物主要從無(wú)機(jī)磷化合物中獲取磷。磷源不足將影響酶的活性，從而使微生物的生理功能受到影響。
（2）有毒物質(zhì)
“有毒物質(zhì)”是指對(duì)微生物生理活動(dòng)具有抑制作用的某些無(wú)機(jī)質(zhì)及有機(jī)質(zhì)，主要有重金屬離子（如鋅，銅，鎳，鉛，鉻等）和一些非金屬化合物（如酚，醛，qing化物，硫化物等）。有毒物質(zhì)對(duì)微生物毒害作用，有一個(gè)量的概念，只有在有毒物質(zhì)在環(huán)境中達(dá)到某一濃度時(shí)，毒害和抑制作用才顯現(xiàn)出來(lái)。污水中的各種有毒物質(zhì)只要低于這一濃度，微生物的生理功能不受影響。有毒物質(zhì)的作用還與pH值、水溫、溶解氧、有無(wú)其他有毒物質(zhì)及微生物的數(shù)量以及是否經(jīng)過馴化等因素有關(guān)。
生物膜法中生物膜的形成與那些因素有關(guān)？
微生物與載體接觸時(shí)間
微生物在載體表面附著、固定是—動(dòng)態(tài)過程。微生物與載體表面接觸后，需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件，因此必須保證微生物在載體表面停留一定時(shí)間，完成微生物在載體表面的增長(zhǎng)過程。
水力停留時(shí)間(HRT)
HRT對(duì)能否形成完整的生物膜起著重要的作用。在其他條件確定的情況下，HRT短則有機(jī)容積負(fù)荷大，當(dāng)稀釋率大于大生長(zhǎng)率時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)載體上能生成完整的生物膜。刊huis等人的試驗(yàn)證明了這種觀點(diǎn)。在COD負(fù)荷為2．5kg／(m3·d)，HRT為4h時(shí)，載體上幾乎沒有完整的生物膜，而水力停留時(shí)間為1h時(shí)，在相同的操作時(shí)間內(nèi)幾乎所有的載體上都長(zhǎng)有完整的生物膜，且較高的表面COD負(fù)荷更易生成較厚的生物膜，即COD負(fù)荷越高，生物膜越厚。周平等人也通過試驗(yàn)證明了較短的水力停留時(shí)間有利于載體掛膜。
污水的pH值
除了等電點(diǎn)外，細(xì)菌表面在不同環(huán)境下帶有不同的電荷；液相環(huán)境中，pH值的變化將直接影響微生物的表面電荷特性。當(dāng)液相pH值大于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面由于氨基酸的電離作用而顯負(fù)電性；當(dāng)液相pH值小于細(xì)菌等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌表面顯正電性。細(xì)菌表面電性將直接影響細(xì)菌在載體表面附著、固定。
溶解氧（DO）
在活性污泥法中，曝氣池中溶解氧濃度以不低于2mg/L為宜（以出口處為準(zhǔn)）。局部區(qū)域有機(jī)污染物濃度高、耗氧速率高，溶解氧濃度不易保持2mg/L，可以有所降低，但不宜低于1mg/L。
而對(duì)于生物膜法，掛膜初期為了防止過量代謝及攪拌力度，可適當(dāng)控制低的溶解氧1~2ppm。保證細(xì)菌的正常代謝的同時(shí)，還保證剪切力不會(huì)強(qiáng)！
水力剪切力
在生物膜形成初期，水力條件是一個(gè)非常重要的因素，它直接影響生物膜是否能培養(yǎng)成功。在實(shí)際水處理中，水力剪切力的強(qiáng)弱決定了生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)周期。單從生物膜形成角度分析，弱的水力剪切力有利于細(xì)菌在載體表面的附著和固定，但在實(shí)際運(yùn)行中，反應(yīng)器的運(yùn)行需要一定強(qiáng)度的水力剪切力以維持反應(yīng)器中的*混合狀態(tài)。所以在實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行中如何確定生物膜反應(yīng)器的水力學(xué)條件是非常重要的。
