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院系:计算机科学与技术学院
姓名:行政
学号:080602118
活性污泥法在废水中的应用和发展前
景
废水是当前环境重要污染物之一,对其进行处理是很重要也是很
有必要的。废水处理方法主要有物理处理法、化学处理法、物化处理
法和生化处理法。其中比较优越的是生化处理法,它也是废水处理系
统中最重要的过程之一。在废水生化处理过程中起主力军作用的是活
性污泥微生物。本文介绍了活性污泥的相关内容、活性污泥法的实际
应用和可能出现的问题及其发展前景。
活性污泥废水处理
活性污泥法1913年在英国实验成功,最初用于处理城市的污水。随
着科技的进步和社会发展的需要,活性污泥应用领域已经向多个方向
拓展,从城市污水到工业废水,从低浓度废水到高浓度废水,从印染
废水到重金属废水等等。活性污泥法的处理核心是活性污泥,其组成
特殊,是一个复杂的微生态体系。活性污泥处理低浓度废水时,主要
利用污泥中的微生物吸和收分解水中溶解性物质,一部分营养构建自
身细胞,一部分被氧化成二氧化碳和水。活性污泥在处理低浓度重金
属废水时,主要利用胞外多聚物(ECP)的吸附和包裹。活性污泥法
处理废水中的有机质过程,大致都可分为生物吸附阶段和生物氧化阶
段。
一、活性污泥
(1)活性污泥的定义、组成部分
活性污泥就是由细菌,原生动物等与悬浮物质,胶体物质混杂在一起
所形成的具有很强的吸附分解有机物能力的絮凝体。絮凝体肉眼可
见,具有良好的沉降性能。
菌胶团是活性污泥的重要组成部分,有较强的吸附和氧化有机物的能
力,在废水处理中具有重要作用。活性污泥性能的好坏,主要可根据
所含菌胶团多少、大小及结构的紧密程度来确定。
(2)衡量活性污泥数量和性能好坏的指标
(MLSS)指1L混合液内所含的悬浮固体(MLSS)
或挥发性悬浮固体(MLVSS)的量。
(SV%)是指一定量的曝气池废水静止30min后,沉淀
污泥与废水的体积比。它可反映污泥的沉淀和凝聚性能的好坏。污泥
沉降比越大,越有利于活性污泥与水迅速分离。
(SVI)又称污泥指数,是指一定量的曝气池废水经
30min沉淀后,1g干污泥所有沉淀污泥容积的体积。占它实质是反映
活性污泥的松散程度,污泥指数越大,则污泥越松散,越易于吸附和
氧化分解有机物,提高废水的处理效果。但是,若污泥指数太高,污
泥过于松散,则污泥的沉淀性差,故一般控制在50-150mL/g之间。
二、活性污泥法的应用
活性污泥法是采用人工曝气的手段,使活性污泥均匀分散并悬浮于反
应器(曝气池)中,和污水充分接触,并在有溶解氧的情况下,对污
水中所含的有机物进行分解代谢活动。在这一活动过程中,有机物质
被微生物所利用,得以降解、去除。近几十年来,活性污泥法在生物
学、反映动力学的理论方面以及在工艺变形方面都获得了长足的发
展,出现了多种能够适应各种条件的工艺流程,使得它的适用性,有
效性更加完善。它在城市污水和一些工业废水的处理中,特别是在规
模较大的场合,已占有极大的优势,成为主体处理工艺。
(1)有机废水的处理
活性污泥在曝气过程中,对有机物的降解过程可分为两个阶段,即吸
附阶段和稳定阶段。
在曝气初期,活性污泥表面富集着的许多活性很强的微生物,和污水
充分混合、接触后,微生物细胞壁外围的黏液层就能将污水中的有机
物迅速吸附到活性污泥上来。这个吸附过程进行得相当快大约在不到
30min之内,就可将污水中的有机物(以BOD计)去除大部分,BOD
去除率可达70%以上。有机物的吸附去除,是微生物摄取营养物质
的第一步。这一吸附去除过程的本身是一个物理过程,为下一步的物
质转化过程做了准备。
随着曝气过程的延续,被活性污泥吸附的大量有机物将接着为微生物
所利用。先是有机物在好氧微生物的作用下,被氧化分解为中间产物,
接着有些中间产物合成为细胞物质,另一些中间产物氧化为无机的终
点产物,这个过程就是物质的转化过程,是一个生化反应过程,也称
之为稳定过程。这个过程是物质由不稳定到稳定的过程,即高分子有
机物降解为简单的、稳定的、低分子的无机物。这个稳定有机物的过
程,较之前面的吸附有机物过程要长得多。
(2)重金属废水的处理
传统上处理重金属废水的方法主要是物理化学方法,如吸附法、离子
交换法、化学沉淀法、膜分离法、氧化还原法等,但这些方法都具有
二次污染严重,处理成本高等问题。近年来人们开始为重金属废水的
处理寻找新的方法。过去人们普遍认为活性污泥法不宜用来处理重金
属废水,因为重金属废水中有机物质较少,而且重金属对污泥中的微
生物有很强的毒害作用。但近年的研究结果表明,通过改造现行的活
性污泥法可以处理重金属废水。活性污泥法处理重金属废水主要是利
用活性污泥中的细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂
形成的具有很强吸附分解能力的污泥颗粒来完成的。
活性污泥处理重金属废水的机理很复杂,通常认为活性污泥对重金属
的作用包括沉淀、吸附和胞内积累等。
(3)印染废水的处理
纺织行业是我国用水量较大,排放废水量较多的工业部门之一。据不
完全统计,国内印染企业每天排放废水量300-400万吨。排放的废水
中含有纤维原料本身的夹带物,以及加工过程中所用的浆料、油剂、
染料和化学助剂等,具有生化需氧量高、色度高、pH高的特点。运
用活性污泥法处理印染废水,,既能分解其中大量的有机物质,又能
去除部分色素,还可以小量调节pH值,运转效率高而费用低,出水
水质好。活性污泥法多余BOD5的去除率一般可达80%--95%,对于COD
的去除率一般可达40%--60%,脱色能力为30%--50%。
三、活性污泥法处理废水过程中的问题及解决方法
活性污泥法是目前世界上应用最广泛的废水生物处理技术,但会产生
大量的剩余污泥。污泥的处理费用较高,占废水处理厂总运行费用的
25%--40%,甚至高达60%,成为废水处理厂的沉重负担。由此可见,
对剩余污泥的处理是很有必要的。
(1)加入代谢解偶联剂降低污泥产率
活性污泥法处理废水过程中,细菌对有机物进行代谢降解,细菌能量
产生途径是和生长紧密偶联的,解偶联就是细菌的分解代谢和合成代
谢不再与ATP的合成与分解反应偶联在一起,细菌在保持正常分解底
物的同时,自身合成速度减慢,表观产率系数降低,从而达到降低污
泥产量的目的。有机质子载体具有很强的解偶联能力,成为解偶联剂,
如2,4,5-三氯苯酚(TCP)。向废水生物处理系统中投加代谢解偶
联剂可以大大降低剩余污泥的产量,其作用机理是有机质子载体通过
与氢离子的结合,降低细胞膜对氢离子的阻力,携带氢离子跨过细胞
膜,使膜两侧的质子梯度降低,降低后的质子梯度不足以驱动ATP酶
合成ATP,从而减少了氧化磷酸化作用所合成的ATP量,氧化过程中
所产生的能量最终以热的形式被释放。
(2剩余污泥和)厨余垃圾的混合中温厌氧消化
将剩余活性污泥单独进行厌氧消化时,挥发性固体(VS的)去除率和
产气量都很低,这是因为剩余活性污泥的可生物降解能力很低,水解
过程是剩余活性污泥进行厌氧消化的限速步骤。为此有很多研究都集
中在采用各种预处理手段提高剩余活性污泥的可生物降解能力,如常
采用的有热解法、机械法、化学法以及生物法等。将剩余活性污泥和
厨余垃圾混合后采用现有的污水厂消化池进行处理也是一种很好的
方法,不需要很多的额外投资,又解决了厨余垃圾的污染问题。混合
消化可以稀释污泥中的有毒成分,促进物料中营养物质的平衡,提高
消化池的容积利用效率,还可获得更大的单位产气量。
(3)活性污泥法处理过程中泡沫问题的产生与控制
活性污泥法运行过程中经常受泡沫问题的影响,导致处理效果的降低
以及运行费用的提高。其主要可以分为启动泡沫、反硝化泡沫、表面
活性泡沫和生物泡沫,活性污泥法运行过程中的泡沫主要是由于污泥
只能够一些微生物的过度增值而产生的生物泡沫。泡沫问题的控制方
法有:;
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除了上述方法外,向泡沫喷水、加强上部搅拌、添加化学药剂(如双
氧水和聚合铝盐等)、投加特别微生物(如肾形虫)、对回流污泥进行
氯化以杀伤放线菌及降低污水pH等方法都能对泡沫起一定的控制作
用,在运行时可根据实际情况加以选择。
四、活性污泥法的发展前景
(1)膜生物反应器
膜生物反应器可在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物质的降解
和膜对污染物质的分离,而降解与分离之间又存在着协同作用,是一
种高效、实用的污水处理技术。
(2)膜分离技术的应用
用膜分离代替沉淀进行泥水分离,可带来活性污泥工艺的以下变化:
①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时,不必再考虑污泥
的沉降性能问题,从而使工艺控制大大简化;
②曝气池的污泥浓度将大大提高(MLSS可以大于20000mg/l)从而使
系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行,充分满足去除各种污染物
质的需要;
③在同样的处理要求下,可使曝气池容积大大减小,节省处理厂的占
地面积;
④污泥浓度的提高,将要求较高的曝气速率,因而纯氧曝气将随着膜
分离而大被量采用。
虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题,但这些问题正逐步得到
解决。实际上,目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行,如日本
Hiroshiwa市的Higashi污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。