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活性污泥法處理工業(yè)廢水的工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式探討

日期：2021-03-05　

田旭中

（山東省輕工業(yè)設(shè)計(jì)院，山東，濟(jì)南，250014）

[提要]本文提出了在用活性污泥法處理工業(yè)廢水時(shí)，宜采用推流式和完全混合式相結(jié)合且具備缺氧、好氧功能的設(shè)計(jì)工藝。指出采用該種工藝適合工業(yè)廢水的特點(diǎn)并具有處理效率高、能耗低、有效抑制活性污泥膨脹的優(yōu)點(diǎn)。最后給出了兩種推薦工藝，供設(shè)計(jì)參考。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)廢水，活性污泥法，缺氧，好氧

Discussion on Design and Operation of Industrial Wastewater Treatment Using Activated Sludge Systems

Tian Xu Zhong

(Shandong Light lndustry Design lnstitute,Jinan,250014,China)

Abstract:A process which has the co-operation of PFR and CMAS and has the function of both Anoxic and Aerobic should be used in the industrial wastewater treatment using activated sludge systems.It is suited to the peculiarity of the industrial wastewater and has the advantages of high efficient treatment,low energy consuming and effectively restrainting sludge expansion.Two recommeded processes are given in the last.

Keywords:industrial wastewater,activated sludge systems,Anoxic,Aerobic

1、引言

對(duì)于中等濃度的有機(jī)工業(yè)廢水，目前普遍采用的處理工藝為活性污泥工藝。常規(guī)活性污泥法是一種以好氧為主要生化環(huán)境的生化處理工藝。生化環(huán)境對(duì)微生物群落生態(tài)有著極為深刻的影響。好氧處理能夠支撐完整的食物鏈，包括食物鏈底部的細(xì)菌和頂部的輪蟲。缺氧環(huán)境比較受限制，而厭氧環(huán)境最受限制，只是細(xì)菌占主導(dǎo)地位。生化環(huán)境影響著處理效果，因?yàn)槲⑸镌谌N環(huán)境中可能有關(guān)迥然不同的代謝途徑。在工業(yè)廢水處理中，生化環(huán)境變得尤為重要，因?yàn)橛行┙到庵荒軌蛞院醚醴绞蕉菂捬醴绞竭M(jìn)行，或者相反[1]。本文以制漿造紙工業(yè)廢水為例，從微生物對(duì)有機(jī)物降解機(jī)制出發(fā)，試圖說(shuō)明在采用活性污泥法處理工業(yè)廢水的設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，可通過(guò)合理的設(shè)計(jì)或運(yùn)行方式，為微生物創(chuàng)造不同的生化環(huán)境，滿足微生物對(duì)有機(jī)物的降解要求，為工業(yè)廢水生化處理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考。

2、活性污泥法處理工業(yè)廢水的工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式

對(duì)于中等濃度偏上、可生化性較差的有機(jī)工業(yè)廢水（如制漿造紙、紡織、印染廢水等），由于廢水中有機(jī)物組分復(fù)雜，且存在較多難降解的高分子有機(jī)物質(zhì)，如果單純采用好氧處理，則較難達(dá)到理想的處理效果，采用厭氧—好氧工藝則是一種較為合理的設(shè)計(jì)方法。有人以草漿中段廢水為處理對(duì)象，采用混凝沉淀—厭氧—好氧組合處理工藝進(jìn)行了小試研究，結(jié)果表明采用垂直折流板式厭氧污泥床反應(yīng)器（VBASB）在負(fù)荷為3.1-4.3kgCOD/（m3·d）時(shí)，COD去除率約為55%；接觸氧化池負(fù)荷為1.5-2.0kgCOD/（m3·d）時(shí)，COD去除率為50%[2]，厭氧—好氧組合工藝使COD總?cè)コ式咏?0%，而國(guó)內(nèi)草漿中段廢水單純采用好氧處理的工藝生化段COD去除率一般不超過(guò)60%。目前，制漿造紙廢水的厭氧處理裝置其處理對(duì)象以高濃度制漿污水為多，且大都處于實(shí)驗(yàn)研究階段。大水量、中等濃度的制漿造紙綜合廢水的厭氧處理裝置尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。一般采用厭氧處理的目的之一是注重能源的回收，這就要求保證甲烷菌有最適合的生長(zhǎng)條件、最大的產(chǎn)氣量，以達(dá)到較高的能源回收效果，需要的反應(yīng)時(shí)間也相當(dāng)長(zhǎng)。而為維持甲烷菌最適合生長(zhǎng)條件，需要加溫保溫消耗一定的能源。如果無(wú)法與從廢水中回收的能源形成平衡，則在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。甲烷菌屬于專性厭氧菌，對(duì)溫度、PH及毒性物質(zhì)十分敏感，對(duì)草漿中段廢水來(lái)講，高速厭氧反應(yīng)器無(wú)論從設(shè)計(jì)還是運(yùn)行上均存在很多問(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)制漿造紙廠來(lái)說(shuō)，中段廢水處理更加注重的是水處理的環(huán)境效益（達(dá)標(biāo)排放），而不是能源回收。因此，放棄厭氧反應(yīng)中反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、控制條件高的甲烷發(fā)酵階段，而只利用厭氧反應(yīng)中的水解和酸化階段是非常必要的。水解菌、產(chǎn)酸菌均屬兼性菌，對(duì)PH、溫度等均有較大范圍的適應(yīng)性。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，造紙綜合廢水采用水解—酸化工藝，當(dāng)水力停留時(shí)間為4-6h時(shí)，COD去除率可達(dá)到30-50%[3]。可是要設(shè)置獨(dú)立的水解反應(yīng)器對(duì)造紙廢水，尤其是處理量較大的造紙廢水具有一定的難度。嚴(yán)格的水解反應(yīng)器屬上流式污泥床反應(yīng)器的范疇，具有兩個(gè)基本功能即生物反應(yīng)和沉淀功能，水解反應(yīng)器中需形成高約1m左右，平均污泥濃度為15g/L的污泥層，因此對(duì)池底布水、上升流速的控制要求均非常嚴(yán)格[4]。中段廢水量大且廢水中細(xì)小纖維極多，設(shè)置水解反應(yīng)器不僅布水系統(tǒng)復(fù)雜，而且如果對(duì)廢水不采取嚴(yán)格的預(yù)處理措施則極易造成對(duì)布水系統(tǒng)的堵塞。國(guó)內(nèi)的造紙廢水處理實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，如果在曝氣池中通過(guò)曝氣器（或曝氣機(jī)）的合理布置有目的地使曝氣池分割為好氧區(qū)、缺氧區(qū)，則可在缺氧區(qū)同樣完成水解反應(yīng)器的功能。曝氣池中的活性污泥屬于由各種微生物組成的復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，任何特定的微生物都可能歸屬于不只一種類型，而且隨著群體選擇壓力的變化而隨之改變類型[1]。在曝氣池好氧區(qū)，活性污泥中的微生物將以好氧菌為主，完成對(duì)廢水中易降解有機(jī)物的代謝功能，這也是曝氣池的最主要功能。而在曝氣池缺氧區(qū)，活性污泥中的微生物則以兼性微生物為主，完成對(duì)廢水中難降解有機(jī)物的初級(jí)分解功能——即水解酸化作用，具體講就是將大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，難以生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)。在缺氧區(qū)得到初步分解的難降解有機(jī)物在好氧區(qū)將得到充分的降解。因此，在曝氣池設(shè)計(jì)或運(yùn)行中將好氧、缺氧功能組合在一起，可極大提高生物反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的降解能力。另一方面曝氣池中缺氧—好氧的交替設(shè)置也可形成溶解氧濃度梯度，可比單純采用好氧的曝氣池有效氧吸收率要高。

工業(yè)廢水的特點(diǎn)是流量及有機(jī)物濃度均具有較大的不穩(wěn)定性。因此，為使廢水以較均衡的濃度和流量進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，防止對(duì)生化處理系統(tǒng)造成沖擊，采取的措施一是在初沉池后設(shè)置均衡池以均化水質(zhì)、調(diào)節(jié)流量，二是選擇的生化處理系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力。顯然后者可簡(jiǎn)化流程，降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。因此，工業(yè)廢水處理宜采用具有較強(qiáng)耐沖擊負(fù)荷能力的生化處理系統(tǒng)。

活性污泥工藝普遍易受活性污泥膨脹的困擾和危害，為此，人們發(fā)明了各種各樣的方法以避免活性污泥膨脹的發(fā)生，而最根本的解決措施是在設(shè)計(jì)中就采用了可避免活性污泥膨脹發(fā)生的處理工藝。推流式活性污泥法由于具有一定的有機(jī)物濃度梯度可有效避免活性污泥膨脹的發(fā)生。然而標(biāo)準(zhǔn)的推流式活性污泥法由于耐沖擊負(fù)荷能力較差而不適合工業(yè)廢水處理。完全混合式活性污泥法具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，但易發(fā)生活性污泥膨脹。缺氧-好氧工藝可有效避免活性污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。這是因?yàn)閷?dǎo)致活性污泥膨脹的絲狀菌屬于專性好氧菌，難以在缺氧、好氧交替的環(huán)境中形成優(yōu)勢(shì)，而菌膠團(tuán)細(xì)菌則能在該條件下攝取、轉(zhuǎn)化和貯藏基質(zhì)，從而競(jìng)爭(zhēng)性地排斥了在這一條件下該能力差的絲狀菌[3]。

綜上所述，活性污泥法處理工業(yè)廢水的設(shè)計(jì)原則應(yīng)是：①兼具完全混合式和推流式活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力；②曝氣池中交替設(shè)有缺氧、好氧功能區(qū)，使系統(tǒng)處理效率更高，且具有較強(qiáng)抑制活性污泥膨脹的能力。在已投入運(yùn)行的生化處理系統(tǒng)中，可通過(guò)調(diào)節(jié)DO的分布來(lái)創(chuàng)造不同段的生化環(huán)境，使曝氣池交替出現(xiàn)缺氧（厭氧）、好氧區(qū)。如此，處理效果可達(dá)到令人滿意的程度。

3、兩種推薦工藝

3.1卡魯塞爾氧化溝工藝

該工藝曝氣裝置采用低速倒傘型表面曝氣機(jī)，通過(guò)曝氣機(jī)的間隔設(shè)置可使曝氣池交替成為缺氧、好氧區(qū)。卡魯塞爾氧化溝的設(shè)計(jì)首先要保證進(jìn)水與池中大量微生物迅速混合，微生物將進(jìn)水中的顆粒物質(zhì)和膠體物質(zhì)迅速截留和吸附，這是一個(gè)物理過(guò)程的快速反應(yīng)。截留下來(lái)的物質(zhì)吸附在活性污泥的表面，慢慢地被分解代謝。污水中易降解有機(jī)物質(zhì)會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)被微生物分解代謝，而難降解的大分子有機(jī)物若被分解代謝將需要較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于造紙廢水來(lái)說(shuō)，由于廢水中難降解有機(jī)物種類多，比例大（B/C值僅0.3左右），因而其生化反應(yīng)需要較低的有機(jī)負(fù)荷和較長(zhǎng)的停留時(shí)間，去除單位BOD需氧量也較大。眾所周知，微生物對(duì)有機(jī)物的攝取是只有溶解性的小分子物質(zhì)才可直接進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，而不溶性大分子物質(zhì)首先要通過(guò)胞外酶的分解才得以進(jìn)入微生物體內(nèi)的代謝過(guò)程[4]。因此，卡魯塞爾氧化溝中缺氧段的設(shè)置可使活性污泥中大量的兼性微生物（主要為水解、產(chǎn)酸菌）將大分子物質(zhì)進(jìn)行初級(jí)分解，不僅可無(wú)能耗地降解部分有機(jī)物，而且可提高廢水B/C值，縮短在好氧段有機(jī)物的代謝時(shí)間，降解單位BOD需氧量也有所減少。另外，卡魯塞爾氧化溝工藝由于兼具推流式和完全混合式活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，因而具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，同時(shí)由于缺氧-好氧區(qū)的交替存在可有效抑制活性污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。因此，該工藝非常適合工業(yè)廢水處理，在造紙工業(yè)廢水處理中得到了成功應(yīng)用，取得了良好的處理效果[5]。

3.2潛水曝氣活性污泥工藝

該工藝在曝氣池內(nèi)沿其長(zhǎng)度方向設(shè)若干隔墻，將曝氣池分為若干格，混合液逐格串聯(lián)流動(dòng)，采用潛水式曝氣機(jī)可讓混合液在各格內(nèi)呈完全混合式流態(tài)，而從曝氣池整體來(lái)看則是推流式流態(tài)；進(jìn)水上采用多點(diǎn)進(jìn)水。

該工藝具有以下顯著的技術(shù)特點(diǎn)：

1）每一格內(nèi)形成不同的微生物群落，適應(yīng)在不同負(fù)荷下微生物生長(zhǎng)的需要，不但可提高處理效率，而且可抑制活性污泥膨脹的發(fā)生；

2）進(jìn)入曝氣池的污水能立即被池內(nèi)已存在的混合液所稀釋、均化，可以減輕沖擊負(fù)荷的影響；

3）多點(diǎn)進(jìn)水可提高曝氣機(jī)的利用率，從而節(jié)約能耗。

該工藝亦可按A/O工藝即缺氧-好氧工藝運(yùn)行。在A池中可利用兼性微生物將廢水中的固體、大分子和不易生物降解的有機(jī)物降解為易于生物降解的小分子有機(jī)物，提高廢水的可生化性，從而更有利于O池對(duì)有機(jī)污染物的進(jìn)一步降解；缺氧-好氧交替式存在不僅可使廢水系統(tǒng)充氧具有更大的推動(dòng)力，而且可有效抑制活性污泥膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。

[主要參考文獻(xiàn)]：

1、C.P.Leslie Grady,Jr、Glen T.Daigger、Henry C.Lim著，張錫輝、劉勇弟譯，廢水生物處理（第二版，改編和擴(kuò)充）[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

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