| 单词 | 废水生物处理 |
| 释义 | 【废水生物处理】 拼译：biological wastewater treatment 利用微生物作用将废水中有机物降解为稳定的简单化合物。根据有无游离氧存在，可分为好氧和厌氧生物处理。 好氧生物处理是由外界提供游离氧、以好氧微生物为主使有机物降解的无害化方法。包括活性污泥法和生物膜法。活性污泥法系1914年在英国由E．Ardern和W．T．Lockett首创。反应过程是：通过曝气，使栖息着大量微生物群的絮状泥粒即活性污泥均匀分散并悬浮于反应器中，与废水充分接触，在有溶解氧条件下，对废水中有机物进行分解、合成代谢活动，即有机物被微生物利用而降解、去除，同时不断合成新的微生物去补充、维持反应器中所需的活性污泥，并与排除的剩余污泥互相平衡。传统活性污泥法的主要构筑物包括作为反应器的曝气池和串联的二次沉淀池。一级处理后的废水和二沉池的回流污泥进入曝气池，同时曝气装置不断注入空气。停留一定时间后，曝气池中的混合液进入二沉池予以固液分离。沉淀于二沉池底部的浓缩污泥一部分再回流至曝气池，多余部分排除并进一步处理，上清液排至水体或进行深度处理。为了获得较好的处理效果，应有良好的活性污泥和适宜的曝气设备。活性污泥是有机污染物转化的主体，由生物絮凝体及其周边生活的活性污泥生物组成。絮凝体主要成分为菌胶团，即大量细菌与不定形粘液形成的团块。同时还挟带着微生物自身氧化的残留物和吸附其上不能被生物降解的无机物和有机物。在活性污泥中细菌含量一般为107～108个／ml。原生动物约103个／ml，以纤毛虫居多。影响微生物生长繁殖的主要因素有：(1)溶解氧。单个悬游好氧菌代谢不受影响的溶解氧浓度高于0．1～0．3mg／L，但要使活性污泥内部达此浓度，周围溶解氧浓度一定要高得多，且与泥粒大小和混合液温度有关。根据经验，混合液中溶解氧应不低于2mg／L。(2)营养物：碳、氮、磷3种营养源是培养活性污泥微生物所需营养物的主要构成。其比例为BOD5(5日生化需氧量)：N∶P=100∶5∶1。生活污水一般可满足需要，但某些工业废水需加以补充。(3)温度：活性污泥微生物的生理活动与环境温度密切相关。曝气池内水温以20～30℃为宜。超过35℃或低于10℃，处理效果下降。(4)H+浓度：曝气池内H+浓度为3．16×10－7～3．16×10－8mol／L，活性污泥微生物生长繁殖最好；高于10－6mol／L有利于霉菌生长，使活性污泥结构破坏造成污泥膨胀；低于10－9mol／L，原生动物由活跃变为呆滞，菌胶团粘性物质解体，活性污泥结构亦被破坏。实际H+浓度一般取3．16×10－7～3．16×10－9mol／L。(5)毒物：指对活性污泥微生物有抑制及杀害作用的化学物质。常见毒物有重金属离子及酚、氰、腈、醛、硝基化合物等。毒物的容许浓度应据具体废水通过试验测定。曝气装置是保证活性污泥系统正常运转的重要设施。其作用是连续地供给氧气，搅拌曝气池内的混合液，使污泥与污水充分接触，防止污泥在曝气池内沉淀。曝气应使氧转移至液相的速率不低于微生物的耗氧速率。为了提高氧转移速率，曝气方法、曝气装置和曝气池构造一直作为重点研究对象。目前常用曝气装置可分为两类：(1)鼓风曝气装置，包括多孔扩散曝气器如扩散板、扩散罩、扩散管等和非多孔扩散曝气器如穿孔管、十字形喷咀扩散器、气水冲击式扩散器、射流曝气器、圆盘片扩散器等。(2)机械曝气装置，如曝气叶轮、曝气转刷等。随着实际运行经验的积累和科学技术的发展，活性污泥法已由传统工艺流程发展为多种工艺流程。如渐减曝气法、多点进水曝气法、接触稳定法、Kras法、短时曝气法、完全混合法、延时曝气法、氧化沟、射流曝气法、纯氧曝气法。深水曝气法包括深水中层曝气法、底层曝气法和深井曝气法等。活性污泥法已广泛应用，但因其BOD5一般不应超过1000mg／L，故仍受到限制。生物膜法，因微生物固着生长于滤料表面，亦称固着生长法或生物过滤法。自1893年英国Corbett创建具有喷咀布水装置的生物滤池和1901年美国Madison市采用滴滤池以来，生物膜法便逐渐应用。其净化过程是：废水均布通过滤床与滤料表面接触，在充分供氧的条件下，微生物摄取废水中有机物并进行降解、代谢活动，同时在滤料表面上生长繁殖。随着时间的增长，微生物增殖愈来愈多，并逐渐在滤料表面形成具有大量微生物群的粘液状膜，即生物膜，滤床进入正常运行状态。由于表层吸取营养和溶解氧容易，因而迅速形成由好氧和兼性微生物组成的好氧层。生物膜内部因缺氧则形成由厌氧和兼性微生物组成的厌氧层。当生物膜增加到一定厚度时，厌氧代谢产物过多，好氧、厌氧层之间失去平衡，构成发生变化，生物膜老化后自然脱落，并开始形成新的膜，如此周而复始。与活性污泥法比较，生物膜法无污泥膨胀问题，对废水水质和水量的变化适应性强，剩余污泥量较少，运行管理较方便。但滤床易发生堵塞，负荷率较低，占地面积大。生物膜法的常用流程如由初沉池－生物滤池－二沉池组成的基本流程；由生物滤池出水回流至初沉池或二沉池出水回流至生物滤池的回流式流程；多级生物滤池串联型；交替式二级串联型等。作为反应器的生物滤池有普通型、塔式、转盘式、接触氧化生物滤池、生物流化床、活性生物滤池等。目前研究工作侧重在加强供氧，提高水力负荷率及采用较高比表面积滤床等方面。厌氧生物处理是无游离氧、以厌氧微生物为主使有机物降解并产生可燃气体的无害化方法。几千年前，中国已利用堆肥和沤肥技术。1881年Moμras首次利用厌氧消化处理有机悬浮固体，即至今仍采用的化粪池技术。1896年在英国的Execter地方建立了处理城市污泥的厌氧消化池。直至1972年厌氧固定膜法才首次应用于小麦淀粉废水的处理。厌氧处理是一种多菌群多层次的综合性连续发酵过程。有机物在产酸菌(兼性厌氧菌)作用下被分解为长链有机酸、醇、糖、氨基酸类中间产物，然后转化为分子量更小的丙酸、丁酸，并在发酵菌、产氢菌和产醋酸菌作用下形成醋酸与氢气，最后在甲烷菌(专性厌氧菌)作用下继续分解成CH4、CO2、NH3等简单化合物。其历程可分为酸化和甲烷化两个阶段，也可分为水解发酵、产氢和产醋酸、产甲烷3个阶段或水解、酸化、酸性衰退、甲烷化4个阶段。其影响因素主要有：(1)营养物：典型的细菌分子为C5H7O2N，氮构成了12%的细胞。磷的需求为氮的1／7～1／5。废水种类不同，所需氮、磷也不同。(2)温度：据微生物特性，厌氧生物处理可分为3个温度发酵区。即低温15～20℃，主要微生物为甲烷八迭球菌，反应速度缓慢，所需发酵时间长；中温30～38℃，主要为马氏甲烷球菌，反应速度较快，目前采用较多；高温50～60℃，主要为孙氏、奥氏甲烷杆菌，反应速度快。因耗热量大，采用较少。(3)混合：使反应器中的微生物与待处理物充分接触，以加速传质、传热过程。实践证明，搅拌可使有机物充分分解，产气量增加。(4)负荷率：过高池内有机酸大量积累，甲烷菌生长繁殖受到抑制。正常情况每公斤微生物(以挥发性悬浮固体计)能承受的有机物(以kgBOD5／d计)约0．2kg。(5)毒物：如硫酸盐、重金属离子、硫化物、氨氮、苯等。厌氧处理流程有一级消化、两级消化、两相消化和双消化。其生物反应器有腐化池、双层沉淀池、消化池、上流式厌氧污泥床、厌氧滤器、厌氧生物膜膨胀与流化床等类型。由于厌氧技术本身的特点，目前应用仍不够普遍。废水生物处理已有多年的历史，但对其研究至今仍有增无减。主要集中在：(1)多级组合处理系统。为适应不同浓度有机废水的处理，使最终出水达到排放标准，厌氧－好氧、水解－好氧联合处理工艺和低氧－好氧两段活性污泥法等被相继提出。但对高浓有机废水的处理，厌氧段出水BOD仍较高，好氧段难以适应，中间还需采取其他措施。对水解和低氧处理，其理论研究和实践都还不够充分。(2)固定化微生物的应用。固定化微生物是在固定化酶研究基础上于20世纪70年代后期发展起来的，目前对固定化技术及其在废水处理中的应用研究相当活跃。原因是与传统生物法比较，它能大幅度提高反应器中的微生物浓度，提高负荷率；可充分利用不易形成絮凝体与增殖速度慢的微生物；不易受毒物的影响；剩余污泥量少，便于固液分离等。但有待研究的问题很多，离实际应用还有一定距离。(3)低浓度废水和常温厌氧处理技术。1981年Anderson分析计算得出，废水中COD(化学需氧量)高于4000mg／L，厌氧处理才比好氧处理经济。但因能源价格上涨，低浓度废水的厌氧处理已成为研究热点。为便于小城镇推广应用，常温厌氧处理技术亦受到重视。(4)高效生物反应器和先进配套设备。主要是提高反应速率，降低能量消耗，经济耐用，方便可靠。目前颇受重视的有两相厌氧消化装置、厌氧生物转盘、厌氧与好氧生物流化床等。【参考文献】：l Stronach S M，et al．Anaerobic digestiOn processes in industrial wastewater treatment，1986，135～1462 居乃琥．固定化细胞技术研究和应用的现状与展望．工业微生物，1989，9(2)：25～333 I Sanz．loW temperature treatment of municipal sewage in anaerobic fluidized bed reactors，Water Res．，1990，24(4)：463～4694 罗启芳，等．低氧－好氧两段活性污泥法处理中等浓度中药废水的研究．同济医科大学学报，1991，20(5)：321～3235 Yerachmtel Argaman Chemical．reaction engineering and activated sludge，Water Res．，1991，25(12)：1583～1586(同济医科大学公共卫生学院博士生导师罗启芳撰) |
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