2013年環(huán)保工程師水污染防治講義16

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　　2.1.6活性污泥法的凈化機理、過程及影響因素

　　1、凈化機理及過程

　?、呕钚晕勰嘀械奈⑸镌诿傅拇呋饔孟?，利用污水中的有機物和氧，將有機物氧化為水和二氧化碳，達到去除水中有機污染物的目的。

　　⑵凈化過程

　　活性污泥去除污水中有機物的過程一般分為三個階段：

　?、俪跗诘奈饺コA段

　　在該階段，污水和污泥在剛開始接觸的5～10min內(nèi)就出現(xiàn)了很高的BOD去除率，通常30min內(nèi)完成污水中的有機物被大量去除，這主要是由于活性污泥的物理吸附和生物吸附作用共同作用的結(jié)果。

　　活性污泥法初期的吸附去除的主要特點包括以下幾點：

　　a.初期的吸附去除完成時間短，去除量大;b.去除的有機物對象主要是膠體和懸浮性有機物;c.活性污泥的性質(zhì)與初期的吸附去除關(guān)系密切，一般處于內(nèi)源呼吸期的活性污泥微生物吸附能力強，而氧化過度的活性污泥微生物初期吸附的效果不好;d.初期吸附有機物的效果與生物反應(yīng)池的混合及傳質(zhì)效果密切相關(guān);e.被吸附的有機物沒有從根本上被礦化，通過數(shù)小時的曝氣后，在胞外酶的作用下，被分解為小分子有機物后才可能被微生物酶轉(zhuǎn)化。

　?、诖x階段

　　活性污泥吸附了污水中呈非溶解狀態(tài)的大分子有機物后，被微生物的胞外酶分解成小分子的溶解性有機物，與污水中溶解性的有機物一起進入微生物細胞內(nèi)被降解和轉(zhuǎn)化，一部分有機物質(zhì)進行分解代謝，氧化為二氧化碳和水，并獲得合成新細胞所需的能量，另一部分物質(zhì)進行合成代謝，形成新的細胞物質(zhì)。

　　③活性污泥絮體的分離沉淀

　　無論分解還是代謝，都能去除有機污染物，但是產(chǎn)物卻不同，分解代謝的產(chǎn)物是二氧化碳和水，而合成代謝的產(chǎn)物則是新的細胞，并以剩余污泥的方式排出活性污泥系統(tǒng)。

　　沉淀是混合液中固相活性污泥顆粒同廢水分離的過程。固液分離的好壞，直接影響出水水質(zhì)。如果處理水挾帶生物體，出水BOD和SS將增大。所以，活性污泥法的處理效率，同其他生物處理方法一樣，應(yīng)包括二次沉淀池的效率，即用曝氣池及二沉池的總效率表示，除了重力沉淀外，也可用氣浮法進行固液分離。

　　2、二次沉淀池及工藝參數(shù)

　　污泥的分離沉淀是在二次沉淀池中進行的，二沉池可以與曝氣池分建或合建。分建式二沉池的類型有豎流式、平流式和輻流式，大中型城市污水處理廠中二沉池一般采用圓形輻流式沉淀池。

　　二沉池是生物處理工藝中最后一個工藝單元，沉淀效果對出水水質(zhì)的影響非常大，主要有兩個作用：從曝氣池混合液中分離出符合設(shè)計要求的澄清水，濃縮回流污泥;其關(guān)鍵的兩個工藝參數(shù)是表面水力負荷和固體負荷。表面水力負荷是流過每平方米沉淀池表面積的最大污水量，是直接與污泥沉降性能相關(guān)的參數(shù);固體負荷是指單位時間內(nèi)單位二沉池面積所能濃縮的混合液懸浮固體量，是二沉池污泥濃縮能力的指標，對于一定的活性污泥而言，二沉池固體負荷越小污泥濃縮效果越好。應(yīng)該掌握各負荷的設(shè)計參數(shù)，對于分建式沉淀池，表面水力負荷為0.6～1.5 m3/m2h，而合建式二沉池的表面水力負荷宜為0.5～1.0 m3/m2h，對于固體負荷來說，傳統(tǒng)活性污泥法二沉池的固體負荷應(yīng)≤150 kg/m2d。

　　3、活性污泥凈化污水的影響因素

　　活性污泥法中的微生物的生長受周圍環(huán)境條件影響非常大，營養(yǎng)物質(zhì)、pH值、溫度、溶解氧的含量以及某些有毒物質(zhì)等極大地影響著好氧生物處理系統(tǒng)的運行及凈化功能。

　?、艩I養(yǎng)物質(zhì)

　　污水中各種營養(yǎng)物質(zhì)的量及比例影響著微生物的生長、繁殖，從而影響好氧生物處理系統(tǒng)的處理效果。細菌所需的營養(yǎng)元素分為兩種：主要生物元素和次要生物元素。主要生物元素主要有C、O、H、S、N、P、K、Mg、Ca、Fe等，大多數(shù)生物元素都占0.5%以上;次要元素主要有Zn、Mn、Na、Cl、Cu、B、Ni、Mo和Co等。

　　在污水的生物處理中，營養(yǎng)物質(zhì)的平衡是非常重要的，上述主要元素和次要元素都必須滿足要求，而且比例必須適當，任何一種缺乏或比例失調(diào)都會影響微生物的代謝作用，影響活性污泥的正常功能發(fā)揮，從而影響污水的生物處理效果。由于生活污水的營養(yǎng)源充足，因此對工業(yè)廢水進行處理時，可以考慮將生活污水和工業(yè)廢水合并處理，可以提高處理效率，并且能降低處理費用。

　　⑵溶解氧的含量

　　溶解氧(即DO)是影響好氧生物處理系統(tǒng)運行的主要因素之一。在污水好氧生物處理過程中，為了維持好氧微生物的代謝需求，需要向曝氣池補充氧氣，保證曝氣池混合液中溶解氧濃度不小于2mg/L。

　　當溶解氧的濃度不足時，輕則使好氧微生物的活性受到影響，新陳代謝能力減弱，出水中有機物濃度升高，反應(yīng)器處理效率下降，若溶解氧嚴重不足時，厭氧微生物將會大量繁殖，反應(yīng)器處理效率明顯下降，影響出水的水質(zhì)。因此，為使反應(yīng)器內(nèi)有足夠的溶解氧，從外部供給，一般應(yīng)該以2～4 mg/L為宜此時其沉降、絮凝效果好。

　?、莗H值

　　由于pH值的改變可能會引起細胞膜電荷的變化，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和微生物代謝過程中酶的活性，會改變營養(yǎng)物質(zhì)的供給性和有害物質(zhì)的毒性，而且不利的pH值條件不僅影響微生物的生長，還會影響微生物的形態(tài)，所以，在生物處理系統(tǒng)中，pH值的大幅度改變會影響反應(yīng)器的處理效率。

　　通常生活污水中含有一些緩沖物質(zhì)，能夠?qū)H值的變化起到一定的緩沖作用，但這一緩沖作用是有限的，尤其是工業(yè)廢水，緩沖物質(zhì)含量較少，而且pH值變化幅度較大，當超過微生物生長的最佳pH值范圍時，必須通過調(diào)節(jié)裝置對pH值進行調(diào)整，所以，在反應(yīng)器的設(shè)計與運行時應(yīng)重點考慮這個問題。

　　⑷污水的溫度

　　溫度對好氧生物處理系統(tǒng)的影響是多方面的，水溫的改變，會影響在生物體內(nèi)所進行的許多生化反應(yīng)，因而影響生物的代謝活動，另外，污水中溫度的改變可引起其他環(huán)境因子的變化，從而影響微生物的生命活動，參與活性污泥生物處理過程的微生物多為嗜溫菌，適宜的溫度范圍為10~45℃，通常設(shè)計的活性污泥法的溫度范圍為10~30℃。

　　⑸有毒物質(zhì)

　　許多有毒物質(zhì)對活性污泥微生物具有一定的影響，例如，重金屬離子對微生物產(chǎn)生毒性作用，它們可以和細胞中的蛋白質(zhì)結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性或沉淀;有些有毒的有機物能促使菌體蛋白凝固，并能對某些酶系統(tǒng)進行抑制，破壞細胞的正常代謝，另外，有的有機物本身的殺菌能力很強。

　　4、活性污泥法的基本工藝參數(shù)

　　主要有負荷(包括污泥負荷和容積負荷)、水力停留時間、污泥齡、污泥回流比等。

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