廢水處理的基本知識
廢水的生化培養(yǎng)過程是一項(xiàng)錯綜復(fù)雜的工作，其理論基礎(chǔ)涉及物理學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、微生物學(xué)、流體力學(xué)等多種學(xué)科，盡管最早的活性污泥工藝迄今已有近百年的歷史，但是諸多理論在學(xué)術(shù)界仍無定論。因此，在本項(xiàng)目廢水生化處理過程中，就要求操作及管理人員，在深入理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合公司廢水具體情況，在生化培養(yǎng)過程中不斷地進(jìn)行探索實(shí)踐，在做到系統(tǒng)正常運(yùn)行，確保廢水達(dá)標(biāo)排放的前提下，提高其理論深度，豐富其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完成其技術(shù)儲備。
廢水生化處理調(diào)試是以微生物的培養(yǎng)為主要過程的工作，按照微生物的需氧情況可分為好氧處理、兼氧處理和厭氧處理；按照微生物的生長形式可分為活性污泥法和生物膜法；按照廢水和微生物的形式可分為完全混合式、序批式等；按照其反應(yīng)器形式則包括更多類型。本人在結(jié)合理論廢水處理工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對廢水生化處理過程中的影響因素、監(jiān)測手段及控制參數(shù)等進(jìn)行整理。
1、溫度
溫度對生化培養(yǎng)過程起著至關(guān)重要的作用。目前，盡管本項(xiàng)目廢水處理工程尚未做到對生化系統(tǒng)控制溫度的程度，但是各生化反應(yīng)系統(tǒng)、各運(yùn)行階段中溫度的測量和分析依舊對生化污泥馴化培養(yǎng)過程起到指導(dǎo)性作用，它能夠?yàn)樯囵B(yǎng)過程中各現(xiàn)象的解釋提供依據(jù)，有助于幫助管理及操作人員對系統(tǒng)運(yùn)行管理做出正確及時(shí)的判斷。 溫度在很大程度上影響活性污泥（包括厭氧、兼氧和好氧）中的微生物活性程度，并且對諸如溶解氧、曝氣量等產(chǎn)生影響，同時(shí)對生化反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。不同種類的微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃~80℃。在此溫度范圍內(nèi)，可分成最低生長溫度、最高生長溫度和最適生長溫度。以微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可分為中溫性、好熱性和好冷性三類。中溫微生物的生長溫度范圍在20℃~45℃，好冷性微生物的生長溫度在20℃以下，好熱性微生物的生長溫度在45℃以上。廢水生化好氧生物處理，以中溫細(xì)菌為主，其生長繁殖的最適溫度為20℃~37℃。當(dāng)溫度超過最高生物生長溫度時(shí)，會使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失去活性，嚴(yán)重者可使微生物死亡。低溫會使微生物的代謝活力降低，進(jìn)而處于生長繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。 厭氧生物處理中的中溫性甲烷菌最適溫度范圍在20℃~40℃之間，高溫性為50℃~60℃，厭氧生物處理常采用溫度33℃~38℃和50℃~57℃。
2、pH值
不同的微生物有不同的pH值適應(yīng)范圍。例如細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動物的pH值適應(yīng)范圍是在4~10之間。大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性（pH值6.5~7.5）環(huán)境；氧化硫化桿菌喜歡在酸性環(huán)境，它的最適pH值為3，亦可以在pH值1.5的環(huán)境中生活；酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的環(huán)境中生活，最適pH值3.0~6.0，適應(yīng)pH值范圍為1.5~10之間。廢水生物處理過程保持最適pH值范圍是十分重要的。如用活性污泥法處理廢水，曝氣池混合液的pH值達(dá)到9.0時(shí)，原生動物將由活躍轉(zhuǎn)為呆滯，菌膠團(tuán)粘性物質(zhì)解體，活性污泥結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效率顯著下降。如果進(jìn)水pH值突然降低，曝氣池混合液呈酸性，活性污泥結(jié)構(gòu)也會變化，二沉池中出現(xiàn)大量浮泥現(xiàn)象。
培養(yǎng)優(yōu)良、馴化成熟的生物系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力，但如果pH值在大幅度內(nèi)變化，則會影響反應(yīng)器的效率，甚至對微生物造成毒性而使反應(yīng)器失效，因?yàn)閜H值的改變可能引起細(xì)胞電荷的變化，進(jìn)而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和微生物代謝中酶的活性。
綜上所述，在生物系統(tǒng)處理廢水過程中，應(yīng)提供微生物最佳的pH值范圍，以使其在最優(yōu)化條件下運(yùn)行。
3、化學(xué)需氧量（COD）
COD的測試方法嚴(yán)格遵守廢水水質(zhì)分析國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法。化學(xué)需氧量是用化學(xué)氧化劑氧化水中的有機(jī)污染物時(shí)所消耗的氧化劑量，用氧量（mg/L）表示?；瘜W(xué)需氧量越高，也表示水中有機(jī)污染物越多。常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀和高錳酸鉀。以高錳酸鉀作氧化劑時(shí)，測得的值稱CODMn或簡稱OC。以重鉻酸鉀作氧化劑時(shí)，測得的值稱COD¬Cr，或簡稱COD。如果廢水中有機(jī)物的組成相對穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量和生化需氧量之間有一點(diǎn)個(gè)比例關(guān)系。一般說，重鉻酸鉀化學(xué)需氧量與第一階段生化需氧量之差，可以粗略的表示為不能被需氧微生物分解的有機(jī)物。
COD的測試分析是廢水處理調(diào)試運(yùn)行工作的重要組成部分，一方面掌握工藝流程中各處理單元的進(jìn)出水情況，確保進(jìn)水穩(wěn)定，不至于產(chǎn)生較大的波動和對系統(tǒng)的沖擊；另一方面，通過各處理單元前后進(jìn)出水的COD變化情況，了解處理單元的處理效果和效率。其重要作用可總結(jié)為以下三點(diǎn)：
1）提供詳細(xì)的進(jìn)出水濃度，使管理人員根據(jù)濃度變化情況相應(yīng)的對運(yùn)行工況作出調(diào)整，保證廢水處理系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行；
2）作為一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，反映各處理單元的運(yùn)行情況及處理效率等；
3）為整個(gè)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象及異常情況的分析判斷及合理解釋提供依據(jù)。
4、活性污泥的生物相
活性污泥的生物相觀察在廢水生化處理過程中作用極其重要，它不僅反映微生物培養(yǎng)程度和污泥馴化程度，并直接反映廢水的處理情況。 活性污泥是由細(xì)菌類、真菌類、原生動物和后生動物等多種微生物群體所組成的混合培養(yǎng)體。細(xì)菌具有較高的增殖速率和較強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能，真菌也具有分解有機(jī)物的能力。原生動物以攝食游離的細(xì)菌為主，起到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的作用，后生動物則以攝食原生動物為主。通過光學(xué)顯微鏡可以觀察真菌類的絲狀菌和原生動物與后生動物的生物相，通過觀察與辨別其種屬和數(shù)量可以判斷污泥的質(zhì)量和處理水質(zhì)的優(yōu)劣，因此，將原生動物和后生動物稱為活性污泥系統(tǒng)中的指示性生物。 除活性污泥宏觀指標(biāo)外，采用普通光學(xué)顯微鏡可以觀察污泥的微觀生物指標(biāo)，即污泥的生物相。生物相觀察包括兩個(gè)部分：一部分是觀察原生動物和后生動物等指示性生物的數(shù)量及種類變化。不同質(zhì)量的活性污泥中存在不同的指示生物，通過指示性生物的觀察，可以間接評估活性污泥的質(zhì)量。另一部分是觀察活性污泥中絲狀菌的數(shù)量。不同質(zhì)量的活性污泥中絲狀菌的量是不同的，通過絲狀菌數(shù)量的測量，也可間接反映活性污泥的質(zhì)量。
（1）指示性生物的觀察：對于某一特定的污水處理系統(tǒng)，當(dāng)活性污泥系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，其生物相也基本保持穩(wěn)定，如果出現(xiàn)變化，則表示活性污泥質(zhì)量發(fā)生了變化，應(yīng)進(jìn)一步觀察并采取處理措施。微生物的種類繁多，其命名方法也非常復(fù)雜。從實(shí)際出發(fā)，運(yùn)行人員應(yīng)熟練掌握活性污泥中最常見的微型指示生物：變形蟲、鞭毛蟲、草履蟲、鐘蟲、線蟲等。這些微生物中的某一種或幾種是否占優(yōu)勢以及比例多少，將取決于工藝的運(yùn)行狀態(tài)。
在活性污泥培養(yǎng)初期，活性污泥很少或基本沒有，此時(shí)鏡檢會出現(xiàn)大量的變形蟲，當(dāng)變形蟲占優(yōu)勢時(shí)，對污水基本沒有處理效果。
在超高負(fù)荷的活性污泥系統(tǒng)中，鞭毛蟲占優(yōu)勢，出水質(zhì)量很差。但在活性污泥培養(yǎng)過程中，鞭毛蟲的出現(xiàn)并占優(yōu)勢，則說明活性污泥已經(jīng)形成，并且向良性方向發(fā)展。 在中等負(fù)荷的活性污泥中，草履蟲將占優(yōu)勢，此時(shí)的處理效果好活性污泥發(fā)育正常，沉降性能和生物活性良好，出水水質(zhì)好。在低負(fù)荷延時(shí)曝氣活性污泥系統(tǒng)中，輪蟲和線蟲將占優(yōu)勢，此時(shí)出水中可能挾帶大量的針狀絮體。輪蟲和線蟲大量出現(xiàn)表明活性污泥正常。如發(fā)現(xiàn)鐘蟲不活躍，往往表示曝氣不足，如果出現(xiàn)鐘蟲等原生動物死亡，則說明曝氣池內(nèi)有有毒物進(jìn)入。在大量鐘蟲存在的情況下，楯線蟲數(shù)量多而且活躍，這有可能會令污泥變得松散，如果鐘蟲數(shù)量遞減，而楯纖蟲數(shù)量增加，則潛伏著污泥膨脹的危險(xiǎn)。 鏡檢中發(fā)現(xiàn)各類原生動物極少，球衣菌或硫絲細(xì)菌很多時(shí)，說明污泥已發(fā)生膨脹，若發(fā)現(xiàn)單個(gè)鐘蟲活躍，其體內(nèi)的食物泡都能清晰可見，說明污水處理程度高，DO充足。若在二沉池中有許多水蚤（魚蟲），其體內(nèi)血色素低，說明DO高；水蚤的顏色很紅時(shí)，則說明出水幾乎無溶解氧。當(dāng)輪蟲數(shù)量劇增時(shí)，則指示污泥老化，結(jié)構(gòu)松散并解體，應(yīng)加強(qiáng)排泥。
（2）絲狀菌的觀察：在活性污泥系統(tǒng)中，并不是絲狀菌越少越好，因?yàn)榻z狀菌在污泥絮體中起骨架作用。通過顯微鏡觀察絲狀菌的數(shù)量及長度、豐度等可直接反映工藝的運(yùn)行情況。 需要補(bǔ)充的是：生物相觀察只是一種定性的方法，運(yùn)行中只能作為理化方法的補(bǔ)充手段，不可作為主要的工藝檢測方法，需要在不斷的實(shí)踐中注意積累資料，總結(jié)出本工程的生物相變化規(guī)律。
5、MLSS、MLVSS、F/M、SRT等污泥理化指標(biāo)
①SV30（污泥的沉降比）：污泥的沉降比是指曝氣池中的混合液在1000ml的量筒中，靜置30min后，沉降污泥與混合液的體積之比，一般用SV30表示。
SV30是衡量活性污泥沉降性能和濃縮性能的一個(gè)指標(biāo)。對于某種濃度的活性污泥，SV30越小，說明其沉降性能和濃縮性能越好。正常的活性污泥其MLSS濃度為1500~4000mg/L。SV30一般在15%~30%的范圍內(nèi)。
②SVI30（污泥的體積指數(shù)）：污泥的體積指數(shù)是指曝氣池混合液在1000ml量筒中，靜置30min后，1g活性污泥懸浮固體所占的體積，常用SVI30表示，單位為ml/g，SVI30 與SV30存在以下關(guān)系：
SVI30= SV30/MLSS×1000 沉降比SV與污泥的濃度有關(guān)，沉降性能相同的污泥，當(dāng)MLSS較大時(shí)，SV也越大；當(dāng)曝氣池中混合液MLSS變化較大時(shí)，SV值就無法與歷史數(shù)據(jù)比較，反映的污泥情況失真。測量SV或SVI的目的是反映污泥在二沉池內(nèi)的沉降濃縮狀況。
SVI既是衡量污泥沉降性能的指標(biāo)，也是衡量污泥吸附性能的一個(gè)指標(biāo)。一般來說，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。在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，一般認(rèn)為，SVI值在100左右，綜合效果最好，太大或太小都不利于出水質(zhì)量的提高。
③MLSS（混合液懸浮固體濃度）：指曝氣池中污水和活性污泥混合后的混合液懸浮固體數(shù)量，用MLSS表示，單位是mg/L。它近似的表示曝氣池中活性微生物的濃度，是運(yùn)行管理的一個(gè)重要參數(shù)。
④MLVSS（混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度）：指混合液中懸浮固體中有機(jī)物的含量，用MLVSS表示，它較MLSS更能確切的代表活性污泥微生物的數(shù)量。
⑤SRT(污泥齡或稱平均細(xì)胞停留時(shí)間)：是活性污泥在整個(gè)系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間，一般用SRT表示：
SRT=活性污泥系統(tǒng)中的活性污泥總量/每天從系統(tǒng)內(nèi)排出的活性污泥量 =（Ma+Mc+MR）/(Mw+Me) 其中Ma，為曝氣池中的活性污泥量；Mc，為二沉池的污泥量；MR，為回流系統(tǒng)的污泥量；Mw，為每天排放剩余污泥量；Me,為二沉池出水每天帶走的污泥量。
⑥F/M（污泥負(fù)荷）：指單位重量的活性污泥，在單位時(shí)間內(nèi)要保證一定的處理效果所能承受的有機(jī)物量。單位是kgBOD5/kg(MLVSS?d)，通常用F/M表示有機(jī)負(fù)荷，F(xiàn)（ feed—飼料?）代表食料，即進(jìn)入系統(tǒng)中的食物量；M代表活性微生物量，即曝氣過程中的揮發(fā)性固體量。（另：污泥負(fù)荷（sludge loading）--- 曝氣池內(nèi)每公斤活性污泥單位時(shí)間負(fù)擔(dān)的五日生化需氧量公斤數(shù)。其計(jì)量單位通常以kg/(kg·d)表示。）F/M=Q?BOD5(每天進(jìn)入系統(tǒng)中的食料量)/ MLVSS?Va(曝氣過程中的微生物量) 式中：Q為進(jìn)水流量（m3/d）；BOD5為進(jìn)水的BOD5值（mg/L）；Va為曝氣池的有效容積（m3）；MLVSS為曝氣池內(nèi)活性污泥濃度（mg/L）。6、營養(yǎng)元素
營養(yǎng)元素在工業(yè)廢水生化處理中作用至關(guān)重要。生物培養(yǎng)的微生物按照其細(xì)胞組成及代謝性質(zhì)，在生長繁殖過程中需要一定量的營養(yǎng)元素，主要以氮磷為主。所以工業(yè)廢水生物培養(yǎng)過程中，需要經(jīng)常性的投加營養(yǎng)物質(zhì)，以保證廢水中有足夠的氮和磷。
BOD：N：P=100：5：1，這是好氧生化系統(tǒng)中的比例，在好氧生化培養(yǎng)中，缺乏氮元素將導(dǎo)致絲狀的或者分散狀的微生物群體產(chǎn)生，使其沉降性能差。另外，缺乏氮元素使新的細(xì)胞難以形成，而老的細(xì)胞繼續(xù)去除BOD物質(zhì)，結(jié)果微生物向細(xì)胞壁外排泄過量的副產(chǎn)物——絨毛狀絮狀物，這些絮狀物沉淀性能差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，從廢水中每去除100kgBOD需要加5kg氮和1kg磷。 在許多條件下，氮以氨形式，磷以磷酸形式加入廢水中。細(xì)菌需要氮以產(chǎn)生蛋白質(zhì)，需要磷以產(chǎn)生分解廢水中有機(jī)物質(zhì)的酶。一般細(xì)菌較易利用氨態(tài)氮，在處理工業(yè)廢水時(shí)，如果廢水含氮量低，不能滿足微生物的需要，需要另外補(bǔ)加氮營養(yǎng)，如尿素、硫酸銨、糞水等。微生物中主要以細(xì)菌對磷的要求較多，工業(yè)廢水中一般需要補(bǔ)加磷元素，如磷酸鉀、磷酸鈉等。
7、BOD5
BOD5的測試方法嚴(yán)格遵守廢水水質(zhì)分析國家標(biāo)準(zhǔn)測試方法。水中有機(jī)污染物被好氧微生物分解時(shí)所需的氧量稱為生化需氧量（以mg/L為單位）。它反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機(jī)物的量。生化需氧量越高，表示水中需氧有機(jī)物越多。有機(jī)物污染物被好氧微生物家分解的過程，一般可分為兩個(gè)階段：第一階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。污水的生化需氧量通常只指第一階段有機(jī)物生物氧化所需的氧量。微生物的活動與溫度有關(guān)，測定生化需氧量時(shí)一般以20℃作為測定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。一般生活污水中的有機(jī)物需20天左右才能基本上完成第一階段的分解氧化過程，即測定第一階段的生化需氧量至少需要20天時(shí)間。這在實(shí)際工作中有困難。目前以5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，簡稱5日生化需氧量（用BOD5表示）。據(jù)試驗(yàn)研究，一般有機(jī)物的5日生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右，對其他工業(yè)廢水來說，他們的5日生化需氧量與第一階段生化需氧量之差，可以較大或比較接近，不能一概而論。BOD的測試分析在廢水處理工程中非常關(guān)鍵，BOD/COD的值可表示廢水的可生物降解性能，BOD/COD的值越高，說明廢水的可生化性越強(qiáng)，通過生物處理辦法就越適合。其中廢水的物化預(yù)處理單元、厭氧生物反應(yīng)最大的作用就是提高廢水的可生化性，進(jìn)而提高好氧生化系統(tǒng)的處理效率和效果。
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