市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)優(yōu)化研究

宋建昕

0 引言

在現(xiàn)代科技發(fā)展的支撐下，我國(guó)市政污水處理系統(tǒng)建設(shè)日臻完善，其中的生化系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)了較高的污水處理效率。但是面對(duì)國(guó)家生態(tài)城市建設(shè)的緊迫任務(wù)，為了追求精益求精，市政污水處理構(gòu)成中的生化系統(tǒng)優(yōu)化仍舊十分重要，應(yīng)在既有工作的基礎(chǔ)上采取更加有效的運(yùn)行手段，以滿(mǎn)足人們生產(chǎn)生活和環(huán)境保護(hù)的雙重需求，相關(guān)方面的課題研究備受關(guān)注。

1 市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)的概述

所謂污水生化處理即是指生物化學(xué)處理的簡(jiǎn)稱(chēng)，是現(xiàn)代市政污水處理重要的工藝手段，這里所講的生化處理屬于二級(jí)處理，包括生物膜法、活性污泥法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等，其中活性污泥法最為常見(jiàn)，可有效去除市政污水中的不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機(jī)物等，最終實(shí)現(xiàn)水體凈化的目的。迄今為止，已知的污染物高達(dá)十萬(wàn)種之多，其中存在大量的有機(jī)物，可被微生物轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收，產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，可起到很好的廢水凈化效果。據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，作為一個(gè)整體，微生物分解有機(jī)物的能力是相當(dāng)驚人的，幾乎可完成對(duì)自然界中所有存在有機(jī)物的分解，包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等，可繼而生成細(xì)胞物質(zhì)或水分、二氧化碳等。事實(shí)上，在現(xiàn)代科技發(fā)展的支持下，市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)可在人工條件下進(jìn)一步強(qiáng)化，通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)適合微生物繁殖、生長(zhǎng)的環(huán)境，促進(jìn)其大量增殖，對(duì)有機(jī)物的分解效率更高，通過(guò)其氧化降解作用，滿(mǎn)足國(guó)家污水處理標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，相較于其他工藝，污水生化處理還具有能耗低、成本低、效果好以及避免二次污染等優(yōu)勢(shì)，在市政污水處理中的應(yīng)用尤其廣泛。

2 市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)的主要技術(shù)

2.1 好氧生物處理法

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)的好氧生物處理又分為活性污泥法和生物膜法兩種。其中，活性污泥法主要是利用曝氣池中的懸浮流動(dòng)活性污泥進(jìn)行有機(jī)物的降解。在具體的操作過(guò)程中，將空氣不斷通入富含有機(jī)污染物和細(xì)菌的廢水曝氣池中，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生物化學(xué)作用之后，產(chǎn)生了懸浮狀態(tài)的絮狀泥粒，即“活性污泥”。之后，混合有污水和活性污泥的液體從曝氣池流經(jīng)沉淀池，實(shí)現(xiàn)分離，其中清水被排放，污泥則重新回流如曝氣池中，經(jīng)過(guò)循環(huán)反復(fù)，最終達(dá)到市政污水凈化的目的。據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)曝氣池中市政污水停留在4-6小時(shí)之后，有機(jī)物的降解率可達(dá)90%甚至以上。生物膜法則是依靠固著于載體表面的微生物膜分解有機(jī)物。實(shí)際上，微生物附著在碎石、煤渣、塑料等固體填料上大量繁殖，形成了由菌膠團(tuán)、真菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物組成的污泥狀生物膜，可有效吸附并降解污水中的有機(jī)物，衰老之后伴隨著處理后的污水流入沉淀池進(jìn)行分離。相較于活性污泥法，生物膜法對(duì)市政污水水質(zhì)、水量的變化適應(yīng)性更強(qiáng)，而且操作穩(wěn)定性好，但由于活性生物難以人為控制，導(dǎo)致其運(yùn)行靈活性較差，同時(shí)需要較多的載體填料和支撐架構(gòu)，建設(shè)投資相對(duì)較大，由此產(chǎn)出的處理水通常還會(huì)伴有較大的脫落生物膜片，因而活性污泥法的應(yīng)用更加廣泛。

2.2 厭氧生物處理法

根據(jù)微生物生化反應(yīng)中的需氧與否，可分為好氧生物和厭氧生物兩種存在形態(tài)。所謂厭氧生物處理法，即是指在無(wú)氧的條件下，利用厭氧微生物的特性降解市政污水中有機(jī)物的處理方法。近年來(lái)，隨著人類(lèi)社會(huì)發(fā)展，大量的生產(chǎn)生活消耗，使得能源危機(jī)越發(fā)嚴(yán)峻，并成為一項(xiàng)世界性課題，市政污水處理的節(jié)能化、能源化發(fā)展，成了這個(gè)時(shí)代的主流，極大推進(jìn)了厭氧微生物處理工藝的發(fā)展，在生化系統(tǒng)中的作用愈加突出。在這樣的環(huán)境背景下，越來(lái)越多的厭氧微生物反應(yīng)器被研制出來(lái)，如厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧硫化床等等，均注入了很高濃度的生物團(tuán)體，且泥齡很長(zhǎng)，因而表現(xiàn)出了較強(qiáng)的市政污水處理能力，且相應(yīng)的能耗較小、剩余污泥量少，所產(chǎn)生的污泥穩(wěn)定性較差，尤其對(duì)高濃度有機(jī)污水的處理效果佳。厭氧微生物法的處理過(guò)程大致分為四個(gè)階段，即水解階段、發(fā)酵階段、乙酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。其中，水解階段利用水解細(xì)菌將不溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)物，同時(shí)通過(guò)細(xì)菌胞外酶將高分子可溶性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，之后在酸化菌的生物化學(xué)作用下轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物，繼而在乙酸階段轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、碳酸等，最終通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在產(chǎn)甲烷階段轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳及其他的新細(xì)胞物質(zhì)，并且最后階段是影響市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)降解速率的限制性階段。

3 市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

3.1 溫度

市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)作用，主要依托于微生物的培養(yǎng)工作，其中溫度的影響作用至關(guān)重要。事實(shí)上，溫度在很大程度上直接影響著活性污泥中微生物的活性，同時(shí)還對(duì)溶解氧、曝氣量等有一定的影響作用，繼而決定著生化系統(tǒng)的反應(yīng)速率。因此，市政污水處理中，對(duì)生化系統(tǒng)反應(yīng)各個(gè)運(yùn)行階段的溫度測(cè)量和分析，是提高生化污泥馴化培養(yǎng)質(zhì)量的重要將信息依據(jù)，有助于操作人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做出正確判斷，并及時(shí)采取有效處置措施，是生化系統(tǒng)優(yōu)化的必然選擇。據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，不同微生物生長(zhǎng)環(huán)境溫度需求有所差異，大致在5-80度范圍以?xún)?nèi)，并由此可劃分為中溫性微生物、好熱性微生物和好冷性微生物等。其中，中溫性微生物的最佳生長(zhǎng)溫度為20-45度，好熱性微生物的最佳生長(zhǎng)溫度為45-80度，好冷性微生物的最佳生長(zhǎng)溫度為5-20度。同時(shí)，在整個(gè)市政污水生化處理系統(tǒng)中，好氧生物多以中溫細(xì)菌為主，在20-37度的溫度環(huán)境空間生長(zhǎng)繁殖率高。當(dāng)溫度超過(guò)微生物的可承受極限時(shí)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致其蛋白質(zhì)變性，且破壞其酶系統(tǒng)，從而導(dǎo)致為微生物的活性喪失，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成死亡。而當(dāng)微生物處于低溫時(shí)，雖然不會(huì)危及其生命力，但仍舊會(huì)降低其代謝活力，生長(zhǎng)繁殖進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。因此，市政污水生化處理系統(tǒng)的溫度控制尤其重要。

3.2 pH值

除了溫度之外，影響市政污水生化處理系統(tǒng)反應(yīng)速率及效果的另一個(gè)重要因素是pH值。不同微生物的pH值適應(yīng)范圍存在明顯差異，常規(guī)在4.0-10.0之間。在人們以往的生物化學(xué)研究中得出，氧化硫化桿菌喜歡酸性環(huán)境，最適pH值為3.0；酵母菌、霉菌則喜歡偏酸性環(huán)境，最適pH值為3.0-6.0；其他多數(shù)細(xì)菌則適合pH值為6.5-7.5的中性和偏堿性環(huán)境?；钚晕勰喾ㄏ碌氖姓鬯幚硐到y(tǒng)，當(dāng)曝氣池混合液的pH值達(dá)到9.0時(shí)，原生動(dòng)物將逐步陷入呆滯狀態(tài)，隨著菌膠團(tuán)黏性物質(zhì)的解體，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效率亦會(huì)有大幅降低。事實(shí)上，業(yè)已馴化成熟的生化系統(tǒng)，其負(fù)荷耐沖擊能力表現(xiàn)較佳，但是一旦pH值出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，則勢(shì)必會(huì)影響反應(yīng)器的效率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成微生物毒性，從而導(dǎo)致反應(yīng)器失效。在此過(guò)程中，細(xì)胞電荷可能會(huì)隨著pH值的變化而變化，進(jìn)而降低到了微生物代謝中酶的活性，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力下降。因此，要緊密關(guān)注市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)的pH值變化，根據(jù)微生物的種類(lèi)特點(diǎn)，為之提供最佳的PH生長(zhǎng)環(huán)境，以保證其在最優(yōu)的條件下運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，市政污水處理過(guò)程中的生化系統(tǒng)優(yōu)化十分重要和必要，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)了解不同工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)最優(yōu)選，并注重營(yíng)造良好的溫度環(huán)境和PH環(huán)境，提高微生物反應(yīng)活性，可滿(mǎn)足更大量的污水處理需求，并實(shí)現(xiàn)低能耗、低成本等要求。作者希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注此類(lèi)課題研究，結(jié)合實(shí)際情況，從不同維度視角切入，針對(duì)性地提出更多有效市政污水處理過(guò)程中生化系統(tǒng)優(yōu)化建議，提升市政污水處理能力，滿(mǎn)足城市現(xiàn)代化建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)需求。