WSZ-AO-1地埋式一體化生活污水處理裝置
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從好氧顆粒污泥的技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來(lái)看,以Nereda為代表的好氧顆粒污泥技術(shù)實(shí)際上是一種利用內(nèi)在基質(zhì)選擇顆粒污泥的過(guò)程,內(nèi)在基質(zhì)選擇的一個(gè)關(guān)鍵因素是需要有足夠高的基質(zhì)濃度來(lái)形成顆粒,并促使形成較高含量的胞外聚合物(EPS)及胞內(nèi)儲(chǔ)存物,這種方式要求將沉淀較慢的絮體污泥排除系統(tǒng),保留下沉淀較快的顆粒污泥,為了避免出水SS較高,可能需要有一個(gè)后置的過(guò)濾系統(tǒng)。

Nereda這種SBR的技術(shù)形式在很大程度上限制了對(duì)現(xiàn)有污水處理廠的改造,因?yàn)榻^大部分污水處理廠并不shiR工藝。因此,在推流式工藝上采用外置選擇器的方式在近年來(lái)得到了快速的發(fā)展,外置選擇器可以是篩網(wǎng)或旋流器,篩網(wǎng)是利用顆粒的粒徑來(lái)截留較大的顆粒污泥,旋流器是利用顆粒污泥密度較大的特點(diǎn)而在底流中獲得較高比例的顆粒污泥.

生化法是利用微生物發(fā)揮其新陳代謝的作用，分解和轉(zhuǎn)化廢水中的污染物，該方法具有經(jīng)濟(jì)成本低，設(shè)備運(yùn)行簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是由于該方法受外界條件影響較大且不易控制，而且煤化工廢水中含有許多難生物降解的污染物質(zhì)，所以生化出水效果不是太理想生化法主要有三種方法：好氧生化法、厭氧生化法、厭氧好氧聯(lián)用法等。

　　(1)好氧生化法：好氧生化法是利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧氣存在的條件下進(jìn)行生物代謝而降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無(wú)害化的處理方法。廢水中的有機(jī)污染物作為微生物好氧代謝的底物，經(jīng)過(guò)生化反應(yīng)而釋放能量，終降解為具有穩(wěn)定性的低能位的無(wú)機(jī)物。

　　具有代表性的好氧生化法是傳統(tǒng)活性污泥法，該方法是讓生物絮凝體充分接觸廢水中的有機(jī)污染物，將其吸附或降解。該方法可以去除一部分COD，但是出水的COD、NH4+等仍然難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是對(duì)NH4+降解效果極差。張文藝等采用SBR序批式活性污泥法處理焦化廢水，結(jié)果表明：進(jìn)水期為1h，進(jìn)水完畢后再攪拌運(yùn)行1h，接著曝氣16-18h,污泥負(fù)荷為0.3?0.8kgCOD/kgMLSSd,COD、NH3-N去除率分別達(dá)85%、70%以上,但是對(duì)廢水中難降解污染物去除效果不是很理想。

生物除磷的厭氧-好氧過(guò)程是實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的良好方式,在厭氧階段PAO或GAO將乙酸轉(zhuǎn)換為PHB或糖原。因此,rbCOD有利于微生物的快速生長(zhǎng),進(jìn)而轉(zhuǎn)換為慢速可生物降解的胞內(nèi)物質(zhì)。這樣在生物除磷工藝中就會(huì)相對(duì)更容易形成顆粒污泥。在饑餓階段,基質(zhì)通過(guò)顆粒內(nèi)層的反硝化被降解到,或是在顆粒外層的好氧區(qū)域?qū)崿F(xiàn)降解。

有機(jī)負(fù)荷(OLR)及基質(zhì)的組成對(duì)顆粒污泥的形成很重要,采用較高的負(fù)荷選擇可以使基質(zhì)進(jìn)入顆粒污泥的內(nèi)層,這樣就容易形成強(qiáng)健的內(nèi)核?；|(zhì)組成的影響主要是體現(xiàn)在快速可生物降解COD(rbCOD)與慢速可生物降解COD(sbCOD),在飽食期rbCOD和VFA的獲得對(duì)于胞內(nèi)存儲(chǔ)物質(zhì)的形成很關(guān)鍵,而sbCOD則會(huì)導(dǎo)致絲狀菌在好氧階段在競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。

人們?cè)趯?duì)生物膜的研究過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的剪切力可以促使形成薄而密實(shí)的生物膜,同時(shí)伴隨著剪切力相關(guān)的一個(gè)重要現(xiàn)象是胞外聚合物(EPS)的產(chǎn)生,EPS在促使細(xì)胞的“凝聚”、“粘合”方面發(fā)揮重要的功能,對(duì)于維持生物膜的整體結(jié)構(gòu)方面扮演著重要的角色,在很多的研究中都可以觀察到強(qiáng)剪切力會(huì)促使生物膜分泌更多的EPS從而維持生物膜的整體結(jié)構(gòu)平衡。

廢水處理方法：廢水處理的目的是將廢水中所含的污染物分離出來(lái),或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害和穩(wěn)定的物質(zhì)或可分離的物質(zhì),從而使廢水得到凈化。廢水處理技術(shù),按其作用原理,可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法四類。

活性污泥工藝的出現(xiàn)與發(fā)展實(shí)際上是采用各種方法選擇微生物的過(guò)程。1914年,Ardern和Lockett將曝氣后沉淀下的污泥留了下來(lái),將不易沉降的微生物“淘洗”出去,采用這種序批式的方式,他們觀察到了顆粒污泥的現(xiàn)象。

1972年,JamesBarnard在接觸穩(wěn)定的試驗(yàn)裝置中也注意到了顆粒污泥的現(xiàn)象,當(dāng)時(shí)他用初沉池的出水進(jìn)入到反應(yīng)器中,接觸時(shí)間15min,排泥只從表面排泥,接觸區(qū)的污泥濃度22000mg/L,Barnard觀察到了明顯的污泥顆粒,“像粗砂一樣”,當(dāng)時(shí)的污泥負(fù)荷非常高。

好氧顆粒污泥的形成與選擇

活性污泥工藝從誕生至今一直不斷經(jīng)歷著“選擇”的過(guò)程,早期的污泥回流使微生物選擇留在系統(tǒng)中,起到了為關(guān)鍵的作用;此后,人們通過(guò)基本的長(zhǎng)泥齡方式而使硝化菌在系統(tǒng)中選擇地存在;而生物除磷工藝的出現(xiàn),則是通過(guò)厭氧-好氧的交替環(huán)境選擇性地使聚磷菌(PAOs)在系統(tǒng)中存在,可以看出對(duì)微生物的選擇過(guò)程一直伴隨著污水處理 工藝的發(fā)展,如圖2所示。當(dāng)然,在這一系列的基本選擇過(guò)程中,還有其他因素的影響,比如硝化過(guò)程中對(duì)DO的需求、生物除磷過(guò)程對(duì)VFA的需求等。

好氧顆粒污泥技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展實(shí)際上仍然是對(duì)微生物選擇過(guò)程的更進(jìn)一步認(rèn)識(shí),在這一認(rèn)識(shí)過(guò)程伴隨著對(duì)生物膜、污泥膨脹的更加深入理解。好氧顆粒污泥既可以在只去除COD的好氧環(huán)境中出現(xiàn),也可以在厭氧-好氧的交替環(huán)境中去除COD及氮、磷,在這種形式的顆粒污泥中,硝化菌及普通異養(yǎng)菌在顆粒污泥的外層,靠近內(nèi)核部分的是反硝化菌、聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)。因此,好氧顆粒污泥去除營(yíng)養(yǎng)物的機(jī)理實(shí)際上與活性污泥工藝相同,只不過(guò)并不是在不同的池子來(lái)實(shí)現(xiàn),而是在顆粒污泥的不同區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前一般認(rèn)為主要有以下幾個(gè)方面對(duì)顆粒污泥的形成具有重要的影響:

飽食-饑餓選擇,通常以外部基質(zhì)用于生長(zhǎng)的階段稱為飽食期,而以內(nèi)部基質(zhì)(PHB)生長(zhǎng)的階段稱為饑餓期。與利用乙酸或葡萄糖等易生物降解有機(jī)物相比,異養(yǎng)微生物利用PHB或糖原等慢速可生物降解物質(zhì)的生長(zhǎng)速率較慢,利用這一現(xiàn)象可以獲得穩(wěn)定的顆粒污泥。

新型水處理材料吸附法，是一種工藝簡(jiǎn)單的水處理技術(shù)，活性炭是一種非選擇性的常用的水處理吸附材料.但是由于活性炭再生性能差，水處理費(fèi)用高，因而難以廣泛使用.在許多化工廢水處理場(chǎng)合，對(duì)微生物有毒性，而導(dǎo)致廢水難降解性的只是廢水中的一兩種成分，采用具有對(duì)這一兩種成分有選擇性的吸附劑，選擇性的去除某些污染物后，廢水的可生化性可以提高，就可以用后續(xù)的生物處理法.為了使水處理費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，要求材料具有經(jīng)濟(jì)、使用壽命長(zhǎng)、可再生性優(yōu)良等特點(diǎn).一類經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾的吸附材料，能選擇性的除去廢水中含N和cl等有機(jī)物，對(duì)于含硝基苯、硝基酚、*、氯代烴等難降鰓廢水具有很好的水處理效果，材料吸附和解析速度快、再生性能優(yōu)良.將該材料成功用于含*廢水處理，用該材料一次處理后的廢水，其硝基苯類化合物、*等可以達(dá)到*排放標(biāo)準(zhǔn)，并可以回收硝基酚和*等有價(jià)值的化工產(chǎn)品.新型吸附材料具有使用壽命長(zhǎng)、操作方便、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的階段。

生物膜類似,水力剪切力對(duì)于好氧顆粒污泥的形成也有重要的影響,強(qiáng)的剪切力會(huì)促使顆粒污泥的形成,而弱剪切力則不會(huì)形成顆粒污泥,只能形成蓬松的絮體結(jié)構(gòu)。

同樣,EPS在對(duì)顆粒污泥的形成方面也扮演著類似的角色,強(qiáng)剪切力會(huì)促使顆粒污泥像生物膜那樣分泌出更多的EPS來(lái)產(chǎn)生平衡的生物結(jié)構(gòu),這也就意味著EPS對(duì)于形成穩(wěn)定的顆粒污泥非常重要。

此外,通過(guò)選擇性的排泥,將不易沉淀的污泥排出系統(tǒng),沉降速度較快的顆粒留存于系統(tǒng)之內(nèi),提高顆粒污泥在其中的比例,這也是促成顆粒污泥形成的原因之一;其他形成顆粒污泥的因素還包括SRT、有機(jī)負(fù)荷、二價(jià)陽(yáng)離子及三價(jià)陽(yáng)離子等。

目前的應(yīng)用

目前,作為好氧顆粒污泥技術(shù)的典型代表,Nereda工藝在過(guò)去10年里得到快速的發(fā)展,截至2016年正在設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行的Nereda污水處理廠有32座,這些污水處理廠分布于歐洲、美洲、澳洲、非洲等地。與相同負(fù)荷的活性污泥工藝相比,Nereda好氧顆粒污泥技術(shù)可減少占地面積25%~75%,能耗降低20%~50%。

厭氧生化法:厭氧生化法是在無(wú)空氣存在的條件下，利用兼性厭氧菌或者專性厭氧菌將廢水中的大分子有機(jī)物降解成小分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸(不*的厭氧生物處理)或者甲烷(*的厭氧生物處理)的污水處理方法。該方法具有產(chǎn)生剩余污泥少、容積負(fù)荷高和投資成本小等優(yōu)點(diǎn)，但由于煤化工廢水含有較高濃度的酚類，常規(guī)的單獨(dú)厭氧或缺氧生物處理對(duì)其去除效果較差，用復(fù)合式厭氧反應(yīng)裝置則處理效果不錯(cuò)。Ramakrishnan等用UASB-AF復(fù)合式厭氧反應(yīng)裝置處理煤制氣廢水，反應(yīng)裝置運(yùn)行到第45天，能夠觀察到了顆粒污泥，之后運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)入廢水的容積負(fù)荷為2.24gCOD/L+d、水力停留時(shí)間為24h時(shí)，COD去除率和酚去除率分別達(dá)到88%和93%。