玻璃鋼一體化生活污水處理系統(tǒng)
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傳統(tǒng)生物脫氮細(xì)菌特點(diǎn)
亞硝化菌
亞硝化菌主要參與系統(tǒng)中氨氮被氧化為亞硝酸鹽的過程，是生化系統(tǒng)中氨氮去除的主要功能菌。從微生物學(xué)角度來看，亞硝化細(xì)菌是一類在好氧條件利用無機(jī)碳源合成自身菌體、利用氧化氨氮釋放能量的化能（能量來源）-好氧（溶氧要求）-自養(yǎng)（碳源類型）細(xì)菌。
針對(duì)碳源類型，亞硝化菌需要利用無機(jī)碳源進(jìn)行合成代謝，亞硝化細(xì)菌生長緩慢，在生化系統(tǒng)中所占總量較小，因此其對(duì)于外界環(huán)境影響較為敏感，低溫環(huán)境、負(fù)荷沖擊、毒物流入、污泥流失等不良條件均可能導(dǎo)致亞硝化菌活性下降，使得系統(tǒng)出現(xiàn)氨氮去除率低，出水氨氮偏高的現(xiàn)象；針對(duì)能量來源和溶氧要求，亞硝化菌通過在好氧環(huán)境下氧化氨氮獲取化學(xué)能供給自身的生長代謝，因此充足的溶解氧以及適宜的氨氮濃度是維持亞硝化菌良好生長的必需條件。此外，由于亞硝化過程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)堿度下降，而亞硝化菌的適pH值范圍約為在7.0-7.5，因此應(yīng)注意曝氣池pH值，避免pH值過低導(dǎo)致亞硝化菌活性下降，氨氮去除不佳。
硝化菌
硝化菌主要參與系統(tǒng)中亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽的過程，其與亞硝化細(xì)菌經(jīng)常出現(xiàn)在相近區(qū)域，特點(diǎn)也較為相似。從微生物學(xué)角度來看，硝化細(xì)菌是一類在好氧條件利用無機(jī)碳源合成自身菌體、利用氧化亞硝酸鹽釋放能量的化能（能量來源）-好氧（溶氧要求）-自養(yǎng)（碳源類型）細(xì)菌。
針對(duì)碳源類型，硝化菌需要利用無機(jī)碳源進(jìn)行合成導(dǎo)致其生長緩慢，在生化系統(tǒng)中所占總量較小，因此其對(duì)于外界環(huán)境影響較為敏感，低溫環(huán)境、負(fù)荷沖擊、毒物流入、污泥流失等不良條件均可能導(dǎo)致硝化菌活性下降，使得好氧池中出現(xiàn)亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象；針對(duì)能量來源和溶氧要求，硝化菌通過在好氧環(huán)境下氧化亞硝酸鹽獲取化學(xué)能供給自身的生長代謝，因此充足的溶解氧以及適宜的亞硝酸鹽濃度（主要來自于氨氮被氧化生成的亞硝酸鹽）是維持硝化菌良好生長的必需條件。此外，由于硝化過程會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)堿度下降，而硝化菌的適pH值范圍約為在7.0-8.0，因此應(yīng)注意曝氣池pH值，避免pH值過低導(dǎo)致硝化菌活性下降。
反硝化菌
反硝化菌主要參與系統(tǒng)中硝酸鹽及亞硝酸鹽被還原的過程，是生化系統(tǒng)中硝酸鹽氮去除的主要功能菌。從微生物學(xué)角度來看，常規(guī)的反硝化細(xì)菌是一類在缺氧條件利用有機(jī)碳源合成自身菌體、利用氧化有機(jī)物釋放能量的化能-缺氧-異養(yǎng)細(xì)菌。在反硝化過程中，有機(jī)物充當(dāng)電子供體，硝酸鹽充當(dāng)電子受體，在電子傳遞過程中，有機(jī)物失去電子被氧化，硝酸鹽得到電子被還原，化學(xué)能被釋放用于微生物的合成及其他生命活動(dòng)。
由于反硝化菌可以利用有機(jī)碳源，其生長較快，污水處理中生化系統(tǒng)污泥普遍存在大量反硝化細(xì)菌，占據(jù)較大的生物量比例。因此，為了促進(jìn)硝酸鹽在反硝化過程中被去除，充足的有機(jī)碳源、良好的缺氧環(huán)境是*的。有機(jī)碳源方面，進(jìn)水提供的有機(jī)物的可生化性（BOD/COD比例）和含量（BOD/TN比例）多用于判斷有機(jī)物碳源是否適宜并足夠系統(tǒng)用于脫氮去除。溶解氧方面，由于好氧條件下氧氣會(huì)取代硝酸鹽充當(dāng)細(xì)菌電子傳遞中的電子受體，導(dǎo)致反硝化無法順利進(jìn)行，同時(shí)好氧下反硝化細(xì)菌用于反硝化的硝酸鹽還原酶及相關(guān)酶系會(huì)受到抑制，也導(dǎo)致反硝化無法進(jìn)行。
新型生物脫氮過程
傳統(tǒng)生物脫氮理論積累多年，并在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，但也存在一些不足。由于傳統(tǒng)脫氮中硝化與反硝化過程對(duì)于溶解氧與有機(jī)物需求不同，這導(dǎo)致硝化與反硝化很難在時(shí)間與空間上*同步發(fā)生在同一環(huán)境內(nèi)，如何能夠減少外加碳源的投加、縮短脫氮過程流程、降低構(gòu)筑物占地一直是研究熱門。
厭氧氨氧化VS好氧氨氧化
傳統(tǒng)生物脫氮中，氨氧化（即亞硝化）過程為好氧過程，細(xì)菌需要溶解氧作為電子受體實(shí)現(xiàn)氨氮的氧化。從1989年歐洲科學(xué)家在厭氧反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)了厭氧氨氧化現(xiàn)象起，越來越多的厭氧氨氧化研究報(bào)告拓展了我們對(duì)于生物脫氮的認(rèn)知范圍。除了污水處理，厭氧氨氧化還被發(fā)現(xiàn)存在于地球上的多種自然環(huán)境，其對(duì)于地球范圍內(nèi)氮素循環(huán)的貢獻(xiàn)不容忽視。
厭氧氨氧化細(xì)菌可以在厭氧環(huán)境下以氨氮為電子供體、以亞硝酸鹽為電子受體，產(chǎn)生氮?dú)夂蜕倭肯跛猁}。由于厭氧氨氧化菌一般呈現(xiàn)紅色，因此也常常被稱為“紅菌”。厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)微生物，以二氧化碳等無機(jī)物為碳源進(jìn)行自身生長合成。由于厭氧氨氧化無需好氧曝氣條件與有機(jī)碳源，其在曝氣能耗削減與有機(jī)碳源節(jié)約方面有著顯著優(yōu)勢(shì)，因此近年來厭氧氨氧化成為發(fā)展迅猛的新型脫氮理論之一。由于需要亞硝酸鹽作為電子受體，厭氧氨氧化常與短程硝化結(jié)合，通過短程硝化將部分氨氮氧化為亞硝酸鹽，并與剩余氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)。
在工藝設(shè)計(jì)中，短程硝化與厭氧氨氧化過程可在同一工段進(jìn)行，也可分為兩段進(jìn)行。目前厭氧氨氧化技術(shù)在國內(nèi)外已有中試乃至實(shí)際規(guī)模運(yùn)行案例，相比于主流厭氧氨氧化（污水處理的主線流程），污水處理廠的側(cè)流（污泥處理中的消解液）厭氧氨氧化處理發(fā)展較快，這是由于側(cè)流厭氧氨氧化過程中有機(jī)物濃度、氨氮濃度、溫度等相關(guān)因素較為理想，而主流過程中則存在較多不利于厭氧氨氧化的條件，因此主流厭氧氨氧化的擴(kuò)大與推廣仍存在不少技術(shù)問題有待解決。此外，基于顆粒污泥技術(shù)的短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)也是研究熱門。
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率(μ)來描述，即單位質(zhì)量微生物的增長繁殖速率。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)微生物可大量生長繁殖。每一種微生物都有一個(gè)zui適生長溫度，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)硝化菌的生長和硝化速率有較大的影響。大多數(shù)硝化菌合適的生長溫度是25—30℃之間，當(dāng)溫度低于25℃或者高于30℃硝化菌生長減慢，10℃以下硝化菌的生長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。
