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废水处理的基本知识

发布日期:2019/8/2 13:18:27    字体大小:【】【】【

废水的生化培养过程是一项错综复杂的工作,其理论基础涉及物理学、无机化学、有机化学、微生物学、流体力学等多种学科,尽管最早的活性污泥工艺迄今已有近百年的历史,但是诸多理论在学术界仍无定论。因此,在本项目废水生化处理过程中,就要求操作及管理人员,在深入理论研究的基础上,结合公司废水具体情况,在生化培养过程中不断地进行探索实践,在做到系统正常运行,确保废水达标排放的前提下,提高其理论深度,丰富其实践经验,完成其技术储备。


废水生化处理调试是以微生物的培养为主要过程的工作,按照微生物的需氧情况可分为好氧处理、兼氧处理和厌氧处理;按照微生物的生长形式可分为活性污泥法和生物膜法;按照废水和微生物的形式可分为完全混合式、序批式等;按照其反应器形式则包括更多类型。本人在结合理论废水处理工程实践的基础上,对废水生化处理过程中的影响因素、监测手段及控制参数等进行整理。


1、温度

    

温度对生化培养过程起着至关重要的作用。目前,尽管本项目废水处理工程尚未做到对生化系统控制温度的程度,但是各生化反应系统、各运行阶段中温度的测量和分析依旧对生化污泥驯化培养过程起到指导性作用,它能够为生化培养过程中各现象的解释提供依据,有助于帮助管理及操作人员对系统运行管理做出正确及时的判断。 温度在很大程度上影响活性污泥(包括厌氧、兼氧和好氧)中的微生物活性程度,并且对诸如溶解氧、曝气量等产生影响,同时对生化反应速率产生影响。不同种类的微生物所生长的温度范围不同,约为5℃~80℃。在此温度范围内,可分成最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度。以微生物适应的温度范围,微生物可分为中温性、好热性和好冷性三类。中温微生物的生长温度范围在20℃~45℃,好冷性微生物的生长温度在20℃以下,好热性微生物的生长温度在45℃以上。废水生化好氧生物处理,以中温细菌为主,其生长繁殖的最适温度为20℃~37℃。当温度超过最高生物生长温度时,会使微生物的蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失去活性,严重者可使微生物死亡。低温会使微生物的代谢活力降低,进而处于生长繁殖停止状态,但仍保存其生命力。 厌氧生物处理中的中温性甲烷菌最适温度范围在20℃~40℃之间,高温性为50℃~60℃,厌氧生物处理常采用温度33℃~38℃和50℃~57℃。


2、pH值

   

不同的微生物有不同的pH值适应范围。例如细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH值适应范围是在4~10之间。大多数细菌适宜中性和偏碱性(pH值6.5~7.5)环境;氧化硫化杆菌喜欢在酸性环境,它的最适pH值为3,亦可以在pH值1.5的环境中生活;酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的环境中生活,最适pH值3.0~6.0,适应pH值范围为1.5~10之间。废水生物处理过程保持最适pH值范围是十分重要的。如用活性污泥法处理废水,曝气池混合液的pH值达到9.0时,原生动物将由活跃转为呆滞,菌胶团粘性物质解体,活性污泥结构遭到破坏,处理效率显著下降。如果进水pH值突然降低,曝气池混合液呈酸性,活性污泥结构也会变化,二沉池中出现大量浮泥现象。


培养优良、驯化成熟的生物系统具有较强的耐冲击负荷的能力,但如果pH值在大幅度内变化,则会影响反应器的效率,甚至对微生物造成毒性而使反应器失效,因为pH值的改变可能引起细胞电荷的变化,进而影响微生物对营养物质的吸收和微生物代谢中酶的活性。


综上所述,在生物系统处理废水过程中,应提供微生物最佳的pH值范围,以使其在最优化条件下运行。


3、化学需氧量(COD)


COD的测试方法严格遵守废水水质分析国家标准测试方法。化学需氧量是用化学氧化剂氧化水中的有机污染物时所消耗的氧化剂量,用氧量(mg/L)表示。化学需氧量越高,也表示水中有机污染物越多。常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾。以高锰酸钾作氧化剂时,测得的值称CODMn或简称OC。以重铬酸钾作氧化剂时,测得的值称COD¬Cr,或简称COD。如果废水中有机物的组成相对稳定,则化学需氧量和生化需氧量之间有一点个比例关系。一般说,重铬酸钾化学需氧量与第一阶段生化需氧量之差,可以粗略的表示为不能被需氧微生物分解的有机物。


COD的测试分析是废水处理调试运行工作的重要组成部分,一方面掌握工艺流程中各处理单元的进出水情况,确保进水稳定,不至于产生较大的波动和对系统的冲击;另一方面,通过各处理单元前后进出水的COD变化情况,了解处理单元的处理效果和效率。其重要作用可总结为以下三点:

    1)提供详细的进出水浓度,使管理人员根据浓度变化情况相应的对运行工况作出调整,保证废水处理系统正常、稳定运行;

    2)作为一项重要的技术指标,反映各处理单元的运行情况及处理效率等;

    3)为整个系统中出现的各种现象及异常情况的分析判断及合理解释提供依据。

    

4、活性污泥的生物相

  

活性污泥的生物相观察在废水生化处理过程中作用极其重要,它不仅反映微生物培养程度和污泥驯化程度,并直接反映废水的处理情况。 活性污泥是由细菌类、真菌类、原生动物和后生动物等多种微生物群体所组成的混合培养体。细菌具有较高的增殖速率和较强的分解有机物的功能,真菌也具有分解有机物的能力。原生动物以摄食游离的细菌为主,起到进一步净化水质的作用,后生动物则以摄食原生动物为主。通过光学显微镜可以观察真菌类的丝状菌和原生动物与后生动物的生物相,通过观察与辨别其种属和数量可以判断污泥的质量和处理水质的优劣,因此,将原生动物和后生动物称为活性污泥系统中的指示性生物。 除活性污泥宏观指标外,采用普通光学显微镜可以观察污泥的微观生物指标,即污泥的生物相。生物相观察包括两个部分:一部分是观察原生动物和后生动物等指示性生物的数量及种类变化。不同质量的活性污泥中存在不同的指示生物,通过指示性生物的观察,可以间接评估活性污泥的质量。另一部分是观察活性污泥中丝状菌的数量。不同质量的活性污泥中丝状菌的量是不同的,通过丝状菌数量的测量,也可间接反映活性污泥的质量。


(1)指示性生物的观察:对于某一特定的污水处理系统,当活性污泥系统运行正常时,其生物相也基本保持稳定,如果出现变化,则表示活性污泥质量发生了变化,应进一步观察并采取处理措施。微生物的种类繁多,其命名方法也非常复杂。从实际出发,运行人员应熟练掌握活性污泥中最常见的微型指示生物:变形虫、鞭毛虫、草履虫、钟虫、线虫等。这些微生物中的某一种或几种是否占优势以及比例多少,将取决于工艺的运行状态。


在活性污泥培养初期,活性污泥很少或基本没有,此时镜检会出现大量的变形虫,当变形虫占优势时,对污水基本没有处理效果。


 在超高负荷的活性污泥系统中,鞭毛虫占优势,出水质量很差。但在活性污泥培养过程中,鞭毛虫的出现并占优势,则说明活性污泥已经形成,并且向良性方向发展。 在中等负荷的活性污泥中,草履虫将占优势,此时的处理效果好活性污泥发育正常,沉降性能和生物活性良好,出水水质好。在低负荷延时曝气活性污泥系统中,轮虫和线虫将占优势,此时出水中可能挟带大量的针状絮体。轮虫和线虫大量出现表明活性污泥正常。如发现钟虫不活跃,往往表示曝气不足,如果出现钟虫等原生动物死亡,则说明曝气池内有有毒物进入。在大量钟虫存在的情况下,楯线虫数量多而且活跃,这有可能会令污泥变得松散,如果钟虫数量递减,而楯纤虫数量增加,则潜伏着污泥膨胀的危险。 镜检中发现各类原生动物极少,球衣菌或硫丝细菌很多时,说明污泥已发生膨胀,若发现单个钟虫活跃,其体内的食物泡都能清晰可见,说明污水处理程度高,DO充足。若在二沉池中有许多水蚤(鱼虫),其体内血色素低,说明DO高;水蚤的颜色很红时,则说明出水几乎无溶解氧。当轮虫数量剧增时,则指示污泥老化,结构松散并解体,应加强排泥。


(2)丝状菌的观察:在活性污泥系统中,并不是丝状菌越少越好,因为丝状菌在污泥絮体中起骨架作用。通过显微镜观察丝状菌的数量及长度、丰度等可直接反映工艺的运行情况。 需要补充的是:生物相观察只是一种定性的方法,运行中只能作为理化方法的补充手段,不可作为主要的工艺检测方法,需要在不断的实践中注意积累资料,总结出本工程的生物相变化规律。

    

5、MLSS、MLVSS、F/M、SRT等污泥理化指标

  

①SV30(污泥的沉降比):污泥的沉降比是指曝气池中的混合液在1000ml的量筒中,静置30min后,沉降污泥与混合液的体积之比,一般用SV30表示。


SV30是衡量活性污泥沉降性能和浓缩性能的一个指标。对于某种浓度的活性污泥,SV30越小,说明其沉降性能和浓缩性能越好。正常的活性污泥其MLSS浓度为1500~4000mg/L。SV30一般在15%~30%的范围内。


②SVI30(污泥的体积指数):污泥的体积指数是指曝气池混合液在1000ml量筒中,静置30min后,1g活性污泥悬浮固体所占的体积,常用SVI30表示,单位为ml/g,SVI30 与SV30存在以下关系:

 SVI30= SV30/MLSS×1000 沉降比SV与污泥的浓度有关,沉降性能相同的污泥,当MLSS较大时,SV也越大;当曝气池中混合液MLSS变化较大时,SV值就无法与历史数据比较,反映的污泥情况失真。测量SV或SVI的目的是反映污泥在二沉池内的沉降浓缩状况。


SVI既是衡量污泥沉降性能的指标,也是衡量污泥吸附性能的一个指标。一般来说,SVI值越大,沉降性能越差,但吸附性能好;反之,SVI越小,沉降性能越好,而吸附性能越差。在传统活性污泥工艺中,一般认为,SVI值在100左右,综合效果最好,太大或太小都不利于出水质量的提高。


③MLSS(混合液悬浮固体浓度):指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数量,用MLSS表示,单位是mg/L。它近似的表示曝气池中活性微生物的浓度,是运行管理的一个重要参数。    


④MLVSS(混合液挥发性悬浮固体浓度):指混合液中悬浮固体中有机物的含量,用MLVSS表示,它较MLSS更能确切的代表活性污泥微生物的数量。

    

⑤SRT(污泥龄或称平均细胞停留时间):是活性污泥在整个系统中的平均停留时间,一般用SRT表示:


SRT=活性污泥系统中的活性污泥总量/每天从系统内排出的活性污泥量 =(Ma+Mc+MR)/(Mw+Me) 其中Ma,为曝气池中的活性污泥量;Mc,为二沉池的污泥量;MR,为回流系统的污泥量;Mw,为每天排放剩余污泥量;Me,为二沉池出水每天带走的污泥量。

    

⑥F/M(污泥负荷):指单位重量的活性污泥,在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机物量。单位是kgBOD5/kg(MLVSS?d),通常用F/M表示有机负荷,F(       feed—饲料?)代表食料,即进入系统中的食物量;M代表活性微生物量,即曝气过程中的挥发性固体量。(另:污泥负荷(sludge loading)--- 曝气池内每公斤活性污泥单位时间负担的五日生化需氧量公斤数。其计量单位通常以kg/(kg·d)表示。)


F/M=Q?BOD5(每天进入系统中的食料量)/ MLVSS?Va(曝气过程中的微生物量) 式中:Q为进水流量(m3/d);BOD5为进水的BOD5值(mg/L);Va为曝气池的有效容积(m3);MLVSS为曝气池内活性污泥浓度(mg/L)。


6、营养元素


营养元素在工业废水生化处理中作用至关重要。生物培养的微生物按照其细胞组成及代谢性质,在生长繁殖过程中需要一定量的营养元素,主要以氮磷为主。所以工业废水生物培养过程中,需要经常性的投加营养物质,以保证废水中有足够的氮和磷。


BOD:N:P=100:5:1,这是好氧生化系统中的比例,在好氧生化培养中,缺乏氮元素将导致丝状的或者分散状的微生物群体产生,使其沉降性能差。另外,缺乏氮元素使新的细胞难以形成,而老的细胞继续去除BOD物质,结果微生物向细胞壁外排泄过量的副产物——绒毛状絮状物,这些絮状物沉淀性能差。根据经验,从废水中每去除100kgBOD需要加5kg氮和1kg磷。 在许多条件下,氮以氨形式,磷以磷酸形式加入废水中。细菌需要氮以产生蛋白质,需要磷以产生分解废水中有机物质的酶。一般细菌较易利用氨态氮,在处理工业废水时,如果废水含氮量低,不能满足微生物的需要,需要另外补加氮营养,如尿素、硫酸铵、粪水等。微生物中主要以细菌对磷的要求较多,工业废水中一般需要补加磷元素,如磷酸钾、磷酸钠等。

    

7、BOD5

 

BOD5的测试方法严格遵守废水水质分析国家标准测试方法。水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(以mg/L为单位)。它反映了在有氧的条件下,水中可生物降解的有机物的量。生化需氧量越高,表示水中需氧有机物越多。有机物污染物被好氧微生物家分解的过程,一般可分为两个阶段:第一阶段主要是有机物被转化为二氧化碳、水和氨;第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。微生物的活动与温度有关,测定生化需氧量时一般以20℃作为测定的标准温度。一般生活污水中的有机物需20天左右才能基本上完成第一阶段的分解氧化过程,即测定第一阶段的生化需氧量至少需要20天时间。这在实际工作中有困难。目前以5天作为测定生化需氧量的标准时间,简称5日生化需氧量(用BOD5表示)。据试验研究,一般有机物的5日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70%左右,对其他工业废水来说,他们的5日生化需氧量与第一阶段生化需氧量之差,可以较大或比较接近,不能一概而论。BOD的测试分析在废水处理工程中非常关键,BOD/COD的值可表示废水的可生物降解性能,BOD/COD的值越高,说明废水的可生化性越强,通过生物处理办法就越适合。其中废水的物化预处理单元、厌氧生物反应最大的作用就是提高废水的可生化性,进而提高好氧生化系统的处理效率和效果。




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