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活性污泥基本原理及凈化過(guò)程

 

      活性污泥法實(shí)質(zhì)上是天然水體自?xún)糇饔玫娜斯?qiáng)化,能從污水中去除溶解態(tài)和膠體態(tài)的可生物降解有機(jī)物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他物質(zhì),具有對(duì)水質(zhì)水量的適應(yīng)性廣、運(yùn)行方式靈活多樣、可控制性好等特點(diǎn),已成為生物處理方法的主體。

 

一、基本原理

      活性污泥是由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體與污水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的、具有很強(qiáng)的吸附分解有機(jī)物能力和良好沉降性能的絮絨狀污泥顆粒,因具有生物化學(xué)活性,所以被稱(chēng)為活性污泥。

活性污泥的性狀

      從外觀上看,活性污泥是像礬花一樣的絮絨顆粒,又稱(chēng)生物絮凝體,絮凝體直徑一般為0.02——0.2 mm,在靜置時(shí)可立即凝聚成較大的絨粒而下沉?;钚晕勰嗟念伾蛭鬯|(zhì)不同而異,一般為黃色或茶褐色,供氧不足或出現(xiàn)厭氧狀態(tài)時(shí)呈黑色,供氧過(guò)多營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)星灰白色,略顯酸性,稍具土壤的氣味并夾帶-些霉臭味?;钚晕勰嗪屎芨?,一般都在99%以上,其比重因含水率不同而異,曝氣池混合液相對(duì)密度為1.002——1.003,而回流污泥相對(duì)密度為1.004——1.006.活性污泥表面積一般為20—— 100 cm2/mL。

活性污泥的組成:

      活性污泥中的固體物質(zhì)不到1%,由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩部分組成,其組成比例則因原污水性質(zhì)不同而異。有機(jī)組成部分主要為棲息在活性污泥中的微生物群體,還包括入流污水中的某些惰性的難被細(xì)菌攝取利用的所謂“難降解有機(jī)物”、微生物自身氧化的殘留物。活性污泥微生物群體是一個(gè)以好氧細(xì)菌為主的混合群體,其他微生物包括酵母菌、放線(xiàn)菌、霉菌以及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等,正?;钚晕勰嗟募?xì)菌含量一般為107——108 個(gè)/mL,原生動(dòng)物為100個(gè)/mL左右。在活性污泥微生物中,原生動(dòng)物以細(xì)菌為食,而后生動(dòng)物以原生動(dòng)物、細(xì)菌為食,它們之間形成一條食物鏈,組成了一個(gè)生態(tài)平衡的生物群體?;钚晕勰嗉?xì)菌常以菌膠團(tuán)的形式存在,呈游離狀態(tài)的較少,這使細(xì)菌具有抵御外界不利因素的性能。游離細(xì)菌不易沉淀,但可被原生動(dòng)物捕食,從而使沉淀池的出水更清澈?;钚晕勰嗟臒o(wú)機(jī)組成部分則全部是由原污水挾入,至于微生物體內(nèi)存在的無(wú)機(jī)鹽類(lèi),由于數(shù)量極少,可忽略不計(jì)。總之,活性污泥由下列四部分物質(zhì)所組成:①具有代謝功能活性的微生物群體(M);②微生物(主要是細(xì)菌)自身氧化殘留物(M);③由原污水挾入的難生物降解有機(jī)物(M;);④由原污水挾入的無(wú)機(jī)物質(zhì)(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。

 

二、活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程

      活性污泥凈化反應(yīng)過(guò)程比較復(fù)雜,既有活性污泥本身對(duì)有機(jī)污染物的吸附、絮凝等物理、化學(xué)或物理化學(xué)過(guò)程,也有活性污泥內(nèi)微生物對(duì)有機(jī)污染物的生物轉(zhuǎn)化、吸收等生物或生物化學(xué)過(guò)程,大致可以分為以下兩個(gè)階段。

初期吸附去除階段

      在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時(shí)間(5——10 min)內(nèi),污水中的有機(jī)污染物,尤其是呈懸浮態(tài)和膠體態(tài)的有機(jī)物,表現(xiàn)出高的去除率,這種初期高速去除現(xiàn)象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結(jié)果。在此過(guò)程中,混合液中有機(jī)底物迅速減少,BOD迅速降低,見(jiàn)圖2中吸附區(qū)曲線(xiàn)。這是由于活性污泥的表面積大,并且在表面上富集著大量的微生物,外部覆蓋著多糖類(lèi)的黏質(zhì)層,當(dāng)污水中懸浮態(tài)、膠體態(tài)的有機(jī)底物與活性污泥絮體接觸時(shí),便被迅速凝聚和吸附去除。這種現(xiàn)象就是“ 初期吸附去除”作用。

      初期吸附過(guò)程進(jìn)行得很快,一般在30 min內(nèi)便能完成,污水BOD的吸附去除率可達(dá)70%,對(duì)于含懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物較多的污水,BOD可下降80%——90%。初期吸附速度主要取決于微生物的活性和反應(yīng)器內(nèi)水力擴(kuò)散程度與水力動(dòng)力學(xué)規(guī)律,前者決定活性污泥微生物的吸附、凝聚效能,后者則決定活性污泥絮體與有機(jī)底物的接觸程度?;钚晕勰辔⑸锏母呶交钚匀Q于較大的比表面積和適宜的微生物增殖期,一般而言,處于“饑餓”狀態(tài)的內(nèi)源呼吸期微生物,其吸附活性最強(qiáng)。

代謝穩(wěn)定階段

      被吸附在活性污泥微生物細(xì)胞表面的有機(jī)污染物,在透膜酶的作用下,溶解態(tài)和小分子有機(jī)物直接透過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi),而膠體態(tài)和懸浮態(tài)的大分子有機(jī)物如淀粉、蛋白質(zhì)等則先在細(xì)胞外酶一水解酶的作用 下,被水解為溶解態(tài)小分子后再進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi),此時(shí)水解產(chǎn)生的部分溶解性簡(jiǎn)單有機(jī)物會(huì)擴(kuò)散到混合液中,造成混合液BOD值升高,如圖2中胞外水解區(qū)曲線(xiàn)所示。進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)的有機(jī)污染物,在各種胞內(nèi)酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下,被氧化分解為中間產(chǎn)物,有些中間產(chǎn)物合成為新的細(xì)胞物質(zhì),另一些則氧化為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)產(chǎn)物,如CO2和H2O等,并釋放能量供合成細(xì)胞所需,這個(gè)過(guò)程即物質(zhì)的氧化分解過(guò)程,也稱(chēng)穩(wěn)定過(guò)程。在此過(guò)程中,不穩(wěn)定的高分子有機(jī)物質(zhì)通過(guò)生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單穩(wěn)定的低分子無(wú)機(jī)物質(zhì),混合液BOD逐漸降低, 如圖2中胞內(nèi)生物氧化區(qū)曲線(xiàn)所示。穩(wěn)定過(guò)程所需時(shí)間取決于有機(jī)物的轉(zhuǎn)化程度,要比吸附過(guò)程長(zhǎng)得多。

 

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