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城市生活污水處理中活性污泥法與生物膜法工藝比較

城市生活污水處理工藝大都采用一級處理和二級處理的方法。一級處理,主要通過物理方法去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質,經過一級處理的污水,BOD 一般可去除30%左右,達不到排放標準。二級處理則是采用生物處理技術,利用微生物將污水中的有機物降解去除,具有代表性的工藝主要有活性污泥法和生物膜法。下面,根據多年的生產實踐和理論學習,就這兩種工藝方法進行分析與比較。
一、活性污泥法
1.流程與原理。典型的活性污泥法是由曝氣池、沈澱池、污泥回流系統和剩余污泥排除系統組成。
污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣,通過鋪設在曝氣池底部的空氣擴散裝置,以細小氣泡的形式進入污水中,目的是增加污水中的溶解氧含量,還使混合液處於劇烈攪動的狀態,呈懸浮狀態。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸,使活性污泥反應得以正常進行。
第一階段,污水中的有機污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團的表面上,是由於其巨大的表面積和多糖類黏性物質的作用。同時一些大分子有機物在細菌胞外?作用下分解為小分子有機物。
第二階段,微生物在氧氣充足的條件下,吸收這些有機 物,並氧化分解,形成二氧化碳和水,一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應進行的結果,污水中有機污染物得到降 解而去除,活性污泥本身得以繁衍增長,污水則得以凈化處理。經過活性污泥凈化作用後的混合液進入二次沈澱池,混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質在這堥H澱下來與水分離,澄清後的污水作為處理水排出系統。經過沈澱濃縮的污泥從沈澱池底部排出,其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池,以保證曝氣池內的懸浮固體濃度和微生物濃度;增殖的微生物從系統中排出,稱為“剩余污泥”。事實上,污染物很大程度上從污水中轉移到了這些剩余污泥中。
活性污泥法的原理形象說法:微生物“吃掉”了污水中的有機物,這樣污水變成了幹凈的水。它本質上與自然界水體自凈過程相似,只是經過人工強化,污水凈化的效果更好。活性污泥系統在運行中存在的異常現象及解決辦法。
活性污泥處理系統在運行過程中,有時會出現種種異常情況,造成處理效果降低,污泥流失。下面就生產實踐中經常出現的一些異常現象和解決辦法加以總結。
(1)活性污泥呈灰黑色,污泥發生厭氧反應,污泥中出現硫細菌,出水水質惡化。原因:一是負荷量增高;二是曝氣不足;三是工業廢水的流入等。措施:一是控制負荷量;二是增大曝氣量;三是切斷或控制工業廢水的流人。
(2)值異常。一是污泥上浮,多發生在夏季。原因:硝化作用導致在二沈池中被還原成N2,引起污泥上浮。措施:減少污泥在二沈池的HRT;減少曝氣量。二是在沈澱後的上清液 中含有大量的懸浮微小絮體,出水透明度下降。原因:污泥解體,曝氣過度;負荷下降,活性污泥自身氧化過度。措施:減少曝氣;增大負荷量。三是泥水界面不明顯。原因:高濃度有機廢水的流入,使微生物處於對數增長期;污泥形成的絮體性能較差。措施:降低負荷;增大回流量以提高曝氣池中的MLSS,降低F /M 值。四是污泥膨脹。污泥膨脹是指活性污泥質量變輕、膨大,沈降性能惡化,在二沈池中不能正常沈澱下來,SVI 異常增高,可達400 以上。導致污泥膨脹的原因是多方面的,主要有兩種:因絲狀菌異常增殖而導致的絲狀菌性膨脹,主要的絲狀菌有球衣菌屬、貝氏硫細菌、以及正常活性 污泥中的某些絲狀菌如芽孢桿菌屬、某些黴菌等;因黏性物質大量積累而導致的非絲狀菌性膨脹。措施:殺滅絲狀菌,如 投加氯、臭氧、過氧化氫等藥劑;改善、提高活性污泥的絮凝性,投加絮凝劑如硫酸鋁等;改善、提高活性污泥的沈降性、密實性,投加黏土、消石灰等;加大回流污泥量並在其回流前進行再生性曝氣;使廢水經常處於好氧狀態,防止厭氧反應的發生,如預曝氣;加強曝氣,提高混合液的DO值;降低污泥在二沈池中的停留時間;調整污泥負荷,當超過0.35kg- BOD 時,易於發生絲狀菌膨脹;調整混合液中的營養物質,可以控制高黏性膨脹;投加硫酸銅,可以控制有球衣菌引起的 膨脹。
二、生物膜法
1.生物膜法工藝類型。潤濕型:生物濾池、生物濾塔、生物轉盤。浸沒型:接觸氧化、濾料浸沒在濾池中。流動床型:生物活性碳,砂粒介質懸浮流動於池內。
2.原理。由於生活污水中含有大量的有機成分,生物膜法依靠固定於載體表面上的微生物膜來降解有機物,由於微生物細胞幾乎能在水環境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖,由細胞內向外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結結構,因此生物膜通常具有孔狀結構,並具有很強的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面,是高度親水的物質,在污水不斷流動的條件下,其外側總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質,在膜的表面上和內部生長繁殖著大量的微生物及微型動物,形成由有機污染物→細菌→原生動物(後生動物)組成的食物鏈。生物膜是由細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。污水在流過載體表面時,污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附,並通過氧向生物膜內部擴散,在膜中發生生物氧化等作用,從而完成對有機物的降解。生物膜 表層生長的是好氧和兼氧微生物,而在生物膜的內層微生物則往往處於厭氧狀態,當生物膜逐漸增厚,厭氧層的厚度超過好氧層時,會導致生物膜的脫落,而新的生物膜又會在載體表面重新生成,通過生物膜的周期更新,以維持生物膜反應器的正常運行。
3.生物膜的更新與脫落。維持生物膜反應器正常運行的重要環節是生物膜的更新與脫落,生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物,而在生物膜的內層微生物則往往處於厭氧狀態,當生物膜逐漸增厚,厭氧層的厚度超過好氧層時,會導致生物膜的脫落,而新的生物膜又會在載體表面重新生成。更新與脫落過程如下:首先,厭氧膜的出現過程:一是生物膜;二是成熟的生物膜一般厚度不斷增加,氧氣不能透入的內部深處將轉變為厭氧狀態;都由厭氧膜和好氧膜組成;三是好氧膜是有機物降解的主要場所,一般厚度為2 mm。其次,厭氧膜的加厚過程:一是厭氧的代謝產物增多,導致厭氧膜與好氧膜之間的平衡被破壞;二是氣態產物的不斷 逸出,減弱了生物膜在填料上的附著能力;三是成為老化生物膜,其凈化功能較差,且易於脫落。
再次,生物膜的更新:一是老化膜脫落,新生生物膜又會生長起來;二是新生生物膜的凈化功能較強。
4.影響生物膜工作性能的三個重要指標(以生物濾池為例)。一是水力負荷:單位面積濾池或單位體積濾料每天所能處理的廢水量,包括水力表面負荷和水力何種負荷;二是 BOD 負荷:單位時間供給單位體積濾料的BOD 量,城市污水極限值分低負荷(0.15~0.3),高負荷(0.8~1.2);三是毒物負荷:單位濾料每天所能承受毒物的量。
三、活性污泥法與生物膜法的比較
1.活性污泥法優缺點。長期以來,城市生活污水的二級生 物處理多采用活性污泥法,它是當前世界各國應用最廣的一種二級生物處理工藝,具有以下幾個特點:一是采用傳統的活性污泥法,往往基建費、運行費高,能耗大,管理較復雜,易出現污泥膨脹現象;工藝設備不能滿足高效低耗的要求。二是隨著污水排放標準的不斷嚴格,對污水中氮、磷等營養物質的排放要求較高,傳統的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主,往往需要將多個厭氧和好氧反應池串聯,形成多級反應池,通過增加內循環來達到脫氮除磷的目的,這勢必要增加基建投資的費用及能耗,並且使運行管理較為復雜。三是活性污泥法產生大量的剩余污泥,需要進行污泥無害化處理,增加了投資。
2.生物膜法優缺點。生物膜法也是城市污水二級生物處 理的一種常用方法,與活性污泥法相比具有以下特點:一是生物膜對污水水質、水量的變化有較強的適應性,管理方便,不會發生污泥膨脹。二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖,生物相對更為豐富、穩定,產生的剩余污泥少。三是能夠處理低濃度的污水。另外,生物膜法的不足之處在於生物膜載體增加了系統的投資;載體材料的比表面積小,反應裝置容積有限、空間效率低,在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低;附著於固體表面的微生物量較難 控制,操作伸縮性差;靠自然通風供氧,不如活性污泥供氧充足,容易產生厭氧。
四、生活污水處理方法探究與發展
通過以上的分析與比較,如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理,以及實現磷回收和中水回用等可持續的方向發展,已成為目前污水處理領域共同關註的問題。近年來,在環保工作者的努力下,新的污水處理工藝不斷湧現,如:將SBR 與氧化溝的優點相結合的往復式活性污泥法、CASS 污水處理工藝、HCR 高效性污水處理技術、生物膜法等等。新的污水處理工藝的出現,使污水處理方法朝著占地面積少、運行成本低、總投資少、自動化程度高等的方向發展,逐步解決了傳統方法在技術上和投資上的種種難題。