污水处理技术工艺

详细解析污水处理中活性污泥法工艺的原理

活性污泥的形态、组成及性能指标

1.活性污泥法工艺

活性污泥法是目前应用最广泛的好氧生物处理废水技术。主要由曝气池、二沉池、曝气系统和污泥回流系统组成.废水在初始沉淀池后同时进入曝气池,在二次沉淀池底部回流。通过曝气,活性污泥悬浮并与废水完全接触。

废水中的悬浮固体和胶体物质被活性污泥吸附,而废水中的可溶性有机物则被活性污泥中的微生物用来滋养自身并代谢成生物细胞。并被氧化成最终产物(主要是二氧化碳)。不溶性有机物在被代谢和利用之前,需要转化为溶解的有机物。

因此净化废水。净化后,废水和活性污泥在二级沉淀池中分离,排出上层;一部分分离和浓缩的污泥返回曝气池,以确保曝气池中保持一定浓度的活性污泥,其余为剩余污泥。系统疲惫不堪。

2.活性污泥的形态和组成

活性污泥通常为黄褐色(有时为铁红)絮凝颗粒,又称“细菌胶束”或“生物絮凝剂”,其粒径一般为0.02 mm,活性污泥含水率为99.2/99.8,密度随含水率变化而变化,一般为1.002n1.006g/m3。活性污泥比表面积大,一般为20~100 cm2/mL。

活性污泥由有机物和无机物质组成。活性污泥的比例随污泥性质的不同而变化。例如,城市污水处理系统中的活性污泥由75,585个,仅占无机成分的15%组成。活性污泥的有机组分主要由活性污泥中生长的微生物组成。这些微生物群构成了一个相对稳定的生态系统和食物链,其中细菌和原生动物是主要的物种,真菌也存在。放线菌,酵母菌,轮虫和其他后生动物。处理后的废水中含有的有机和无机固体也被吸附在活性污泥上,其中含有一些难以被细菌降解的惰性物质。

3.活性污泥的性能指标

(1) 污泥浓度指标

混合液悬浮固体浓度(MLSS),又称“混合液污泥浓度”,是指曝气池混合液中活性污泥的浓度,单位为mg/L或kg/m3。混合液的挥发性悬浮物浓度(MLVSS)是指有机悬浮物的浓度,单位为爪式mg/L或kg/m3。在一定条件下,MLVSS/MLSS比值相对稳定。城市污水一般在0.75~0.85之间,不同污水的MLVSS/MLSS值不同。

(2)污泥沉降性能指标

(1)污泥沉降比(SV),亦称30 min沉降速率。SV是指污泥沉降量与初始混合体积之比,是指将混合物从曝气池中取出(通常为100毫升)后,将30分钟放入池后立即测量的污泥沉降量与原始混合体积的比值。SV值一般以%表示,能相对反映污泥浓度、污泥团聚和沉降性能,可用于控制污泥排放,及时发现污泥膨胀。SV的正常值一般为20/30。由于SV值测定方法简单、快速,是评价活性污泥质量的重要指标之一。

2污泥体积指数(SVI)是指在曝气池出口处的混合物静置30分钟后,由1g干污泥形成的沉淀污泥的体积。 mL / g的单位计算如下:

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SVI值比SV值更准确地评价污泥的团聚和沉降性能。一般来说,如果SVI值过低,污泥粒径小、密度大、无机组分含量高;如果SVI值过高,污泥沉降性能不佳,就会发生或已经发生污泥膨胀。

对于城市污水,SVI值一般在50~150 ml/g之间,对于工业废水,SVI值超出上述范围,是正常的。例如,北京高北店污水厂多年来工业废水含量在50%以上,SVI含量在200~300 ml/g之间,无污泥溢出现象,处理效果良好。另外,对于高浓度活性污泥系统,即使污泥沉降性能较差,MLSS的SVI值也不高,因为其SVI较高。

因此,建议活性污泥的膨胀定义为:由于某种原因,活性污泥的沉降性能恶化,SVI值增加,沉淀池的污泥表面也在上升,最终导致污泥因此,曝气池减少了MLSS的浓度,从而破坏了正常处理过程中的污泥,这被称为污泥膨胀。

此外,由于SVI值的测量受多种因素的影响(如所用容器的直径、初始污泥浓度和搅拌等),不同污水处理厂的SVI值之间没有可比性。考虑到污泥浓度对SVI的影响,建议采用稀释污泥体积指数(DSVI)作为标准方法,稀释污泥浓度为1.5g/L,在英国采用搅拌污泥体积指数(SSVI)模拟二沉池的污泥沉积。在简易容积(1L,38.4cm)内安装慢搅拌装置,在二沉池内模拟污泥浓度,以3.5g/L为实际污泥浓度。

活性污泥的微生物及其生态学

活性污泥中的微生物主要由各种细菌和原生动物组成,还有以轮虫为主的真菌和后生动物。原生动物以细菌为食,后生动物以细菌和原生动物为食。活性污泥中的有机物、细菌、原生动物和后生动物构成了一个相对稳定的生态系统和食物链。

1.活性污泥的食物链

活性污泥中的微生物可分为几类:形成活性污泥絮体的微生物,腐生生物,捕食者和害虫。

腐生菌是降解有机物的有机体,主要是细菌。显然,这些细菌包括大多数被认为形成絮状物的细菌,也可能包括非絮凝细菌,但它们被包裹在由第一类细菌形成的絮状颗粒中。腐生细胞可分为原生腐生细胞和次生腐生细胞。前者用于降解原始基质,而次生腐生菌则以原生腐生菌的代谢产物为食,充分说明群落中存在高度的优势共生。

活性污泥群落中的主要食肉动物是以细菌为食的原生动物和后生动物,种群约为103/mL。在活性污泥中发现约230种原生动物,约占系统中生物固体的5%。其中,纤毛虫几乎所有的猎物都是细菌,通常是优势原生动物。

由于原生动物和后生动物的数量随着污水处理的运行条件和水质的变化而变化,可以通过显微镜下观察活性污泥中原生动物和后生动物的种类来判断处理后的水质。因此,原生动物通常被称为活性污泥系统中的指示性生物。

所谓的害虫是那些在达到一定数量时干扰活性污泥处理系统正常运行的害虫。通常认为丝状真菌和真菌对污泥沉降有影响。即使整个生物群落中丝状生物的百分比很小,污泥絮体的实际密度也会下降太多,以至于难以通过重力沉降有效地分离污泥,从而最终影响出水水质,这通常被称为丝状污泥膨胀(称为污泥膨胀)。众所周知,近30种不同类型的丝状细菌会导致污泥膨胀。

2.活性污泥的结构

在活性污泥法中,将数千万细菌结合形成絮状物的细菌称为细菌胶束。微生物胶束在活性污泥中起着重要作用。只有当微生物胶束得到充分发展,才能充分发挥活性污泥的絮凝、吸附和沉淀作用。形成絮状物的细菌在处理过程中起着非常重要的作用。它们有助于将污泥从处理过的废水中分离出来。

通过对活性污泥种群动态的研究,认为活性污泥中的微生物胶束和丝状细菌是一个共生的微生物系统。当活性污泥中的微生物和丝状细菌处于平衡状态时,丝状菌作为污泥絮体的骨架,微生物附着在污泥絮体表面,形成结构紧凑、沉降性能良好的污泥絮体。

随着絮体尺寸的增大到一定的临界值,絮体内的条件不利于微生物和丝状细菌的繁殖,丝状细菌扩展,沉降性能开始恶化。随后污泥絮体开始解体,污泥沉降性能较差。破碎的微排污泥有利于胶束菌的生长,提高了胶束菌的扩散能力,胶束菌可以直接从溶液中吸收养分和基质,从而形成胶束菌和丝状细菌的生长平衡状态。这就完成了浮点数形式的循环。

可以看出,细菌群和丝状真菌的共生系统是一种接近自然的混合培养系统,两种微生物在时间和空间上存在着动态的生态相互作用。在该系统中,丝状细菌的重要作用是:

(1)保持污泥絮体结构,形成沉淀性能好的污泥。根据Seagin等人的絮体结构理论,丝状菌形成了污泥絮体的骨架,对保证污泥絮体的强度起着重要作用。如果没有丝状菌,污泥絮体的强度会降低,抗剪性也会变差,这通常会导致出水浑浊。

(2)丝状细菌的Ks和μmax均低于胶束,具有较高的净化效率和较低的出水浓度。根据莫诺德(Monod)方程,胶束的K_s、μ_(Min)均高于丝状细菌。因此,胶束的SMIN值也高于丝状细菌。可见,在存在丝状细菌的情况下,可在不多的条件下获得高质量、低浓度的水,从而保证净化效果。

(3)从大量实际工程运行数据中可以看出,保持丝状菌与胶束菌之间的共生关系是不适宜的,因为活性污泥中丝状细菌含量过高或过低是不适宜的。前者虽然可以使水浓度较低,但沉淀性能较差,后者具有较好的沉降性能,但出水中存在较细的悬浮物。

然而,如果采用某种方法,曝气中的生态环境有利于选择性地开发细菌胶束,并且应用生物竞争机制来抑制丝状细菌的过度生长和繁殖,从而促进对细菌的控制。污泥膨胀的发生和发展。称之为环境法规。简而言之,废水处理的最终目标是清水和良好的沉淀性能。为实现这一目标,应适当控制丝状细菌的合理程度。

3. 活性污泥的功能

活性污泥中有大量腐生菌,其主要功能是降解有机物。细菌是有机物的净化功能中心。同时,活性污泥中存在硝化细菌和反硝化细菌。在生物反硝化中起着非常重要的作用。尤其是在废水脱氮日益受到重视的情况下,这两种细菌与它们之间的关系变得更加重要。

下列微生物负责硝化:

(1)硝化细菌和硝化细菌均为自养型和特异性好氧,分别从NH3和N02-的氧化过程中获得能量。C02是唯一的碳源,产物分别为NO2-和N03-。它们需要中性或弱碱性环境(pH=6.5~8.0),在pH<6时效果显著下降。

(2)好氧异养细菌和真菌,如节杆菌,芽孢杆菌,铜绿假单胞菌,汉森酵母,黄曲霉,青霉等,可以将NH4 +氧化成NO2-和NO3-,但它们不依赖于这种氧化过程。能量来源,它们与自然界中的硝化作用并不重要。

硝化细菌对环境变化很敏感,溶解氧(>1 mg/L),pH=8.0-8.4,BOD5(<15-20 mg/L),适宜温度=20-30 C。硝化细菌在反应器中的停留时间,即生物固体的平均停留时间,必须大于其最小产生时间。

反硝化菌包括异养反硝化细菌,如假单胞菌、荧光假单胞菌、铜绿假单胞菌等。在厌氧条件下,可以利用NO3中的氧化有机物获得能量。自养反硝化细菌,如脱氮硫杆菌,利用缺氧环境中的氧气,将硫或硫代硫酸盐氧化为硫酸盐,同化CO2。兼用自养反硝化细菌(PAL)等以氢还原为能源,02或N03-为电子受体,可将NO3-还原为N2O和N2。

活性污泥反应的影响因素

为了加强和提高活性污泥处理系统的净化效果,有必要考虑影响活性污泥反应的各种影响因素,充分发挥活性污泥微生物的代谢功能。以下是影响活性污泥的一些环境因素。

1.BOD负荷率(f/m,也称为有机负荷率,单位为ns)

F/M是影响活性污泥生长和有机物降解的重要因素。它代表曝气池中每单位质量的活性污泥(MLSS)中的有机物(BOD 5),单位为千克/(千克d)。

提高F-/M值可以加快活性污泥的生长速度和有机物的降解速率,减少曝气池的体积,减少投资,但F-/M值过高,不能满足排放标准的要求。另一方面,如果F-/M值过低,有机物的降解率太低,则降低了处理能力,增加了曝气池的体积,增加了基建成本,这也是不可取的。

因此,应将其控制在合理的范围内。在活性污泥工艺设计中,BOD加载速率一般为0.15~0.44kg /(kg·d)。同时,处理目标的不同处理系统的负荷也不同,例如用于去除有机物,实现硝化,去除N,P并实现污泥稳定的负荷。

2.水温

活性污泥中微生物的生理活性与环境温度密切相关。在15-30℃的温度范围内,微生物的生理活性很强,超过这个温度范围,活性污泥的反应性将受到不利影响。例如,当温度高于35℃或低于10℃时,微生物的代谢功能会受到一定程度的不利影响。

在中国北方,大型和中型活性污泥处理系统也可以建在露天,但小型活性污泥处理系统可以被认为是室内建造。当反应温度高于35℃或小于5℃时,反应速率会降低到最低水平,甚至完全停止反应。因此,一般活性污泥反应过程的最高温度和最低极限温度分别控制在35℃和10℃。

3.pH

活性污泥微生物生长的最佳值在6.5~8.5之间。当pH值小于6时。5、有利于真菌的生长和繁殖。当pH值低于4时。5、原生动物完全消失,大多数微生物不适应,真菌占绝对优势,活性污泥絮体被破坏,污泥膨胀现象发生,处理水质恶化。当pH值大于9时。0、大多数微生物不适应,微生物可能分解,活性污泥絮体被破坏,污泥也会膨胀。

活性污泥混合物本身具有一定的缓冲作用,因为微生物的代谢活性可以改变环境的pH。例如,微生物使用含氮化合物会因反硝化而产生酸,降低环境的pH值;由于脱羧作用产生碱性胺会增加pH值。

在活性污泥的培养驯化过程中,如果考虑到酸碱值,且酸碱值逐渐增大或减小,则活性污泥也可以逐渐适应。但是,当有冲击负荷时,活性污泥的净化效果会大大降低。因此,酸中和和还原废水的需要应根据实际情况确定。

4.溶解氧

活性污泥中的微生物是好氧菌,因此保持一定浓度的溶解氧是非常重要的。混合液中游离菌的溶解氧浓度可维持在0.2~0.3mg/L,但由于活性污泥是一种由微生物组成的絮凝剂,必须将溶解氧扩散到活性污泥絮体的内部,以保持活性污泥系统的良好净化功能。溶解氧需要维持在较高的水平。曝气池出口的溶解氧浓度一般要求不小于1~2mg/L。

当溶解氧浓度过高时,氧的转移效率降低,发电成本过高,这是不经济的。当溶解氧浓度过低时,丝状菌在系统中占优势,微生物的净化功能降低,容易引起污泥膨胀。

5.营养平衡

微生物细胞的组成成分主要是碳,氢,氧,氮等,占90%至97%,其余3%至10%是无机元素,其中磷含量占50%。活性污泥中的微生物必须在各种生命活动中不断地从环境中摄取各种营养素。

为了保持活性污泥良好的沉淀性能,必须使废水中微生物生长的基本元素碳、氮、磷达到一定浓度,并保持一定比例。其中,污水中的元素碳量以BOD值表示。对于活性污泥微生物,BOD:N:P的比值通常用来表示废水中营养物质的平衡。活性污泥中微生物对氮、磷的需求量可按BOD:N:P=100:5:1计算,但实际上也与剩余污泥量有关,即污泥龄和微生物的比生长速率,故可按以下公式计算:

N=0.122ΔX的要求

P需求=0.023ΔX

在该式中,ΔX是活性污泥生长量(以MLSS计),kg / d; 0.122和0.023分别是活体中N和P的比例。

当污水中氮、磷含量不足时,建议向曝气池反应器补充氮、磷,以维持污水中的营养平衡。可以加入氨水、硫酸铵、硝酸铵、尿素补充氮,也可以加入过磷酸钙、磷酸补充磷。

6.有毒物质

有些化学物质可能对微生物的生理功能有毒性作用,如:重金属及其盐类可使蛋白质变性或与酶中的SH基团结合,使酶失活;醇、醛、苯酚等有机化合物可使蛋白质变性或脱水,导致微生物死亡。此外,微生物生理上需要某些元素,但当浓度达到一定水平时,会对微生物产生毒性作用。

因此,有必要了解各种元素和化学物质对微生物生理功能的毒性作用阈值。当该物质的浓度高于此值时,会对微生物的生理功能产生毒性作用,如抑制微生物的增殖,甚至使微生物灭绝。

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