新農(nóng)村污水處理成套設(shè)備
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脫氮工藝的低溫運(yùn)行改進(jìn)方法
1菌種流加
菌種流加來(lái)源于發(fā)酵工藝的菌種擴(kuò)大培養(yǎng)技術(shù)。菌種擴(kuò)大培養(yǎng)技術(shù)是發(fā)酵工業(yè)中廣泛采用的一種菌種應(yīng)用技術(shù)，在批次發(fā)酵中，一般通過(guò)“試管→三角瓶→種子罐→發(fā)酵罐”的多級(jí)擴(kuò)增，使菌量滿足生產(chǎn)需要。在廢水脫氮工藝中，除裝置內(nèi)菌種自身增殖外，流加菌種有利于加快菌體積累。廢水水質(zhì)復(fù)雜，毒性物質(zhì)、基質(zhì)、pH、溫度等因素的不穩(wěn)定，都會(huì)對(duì)功能菌造成抑制。在受抑制條件下，微生物難以生長(zhǎng)。因此菌種流加的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。
唐崇儉等采用菌種流加式厭氧氨氧化工藝處理制藥廢水，廢水中NH4+-N和NO2--N的質(zhì)量濃度分別為120~200mg/L和160~240mg/L，菌種流加速率為0.028g/(L?L?d)，容積氮去除負(fù)荷(NRR)由0.1kg/(m3?d)提高至7.9kg/(m3?d)。并且認(rèn)為流加菌種不僅增加了反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度和厭氧氨氧化菌所占比例，可能還帶入了一些未知的生長(zhǎng)因子，才能在如此低的流加速率下，實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化的高效運(yùn)行。
菌種流加有望成為低溫下運(yùn)行生物反應(yīng)器的一種有效對(duì)策。何成達(dá)的研究表明在低溫期間為保證正常的硝化速率，需要增大反應(yīng)器的容積。通過(guò)向活性污泥系統(tǒng)投加硝化菌的方法可有效解決低溫時(shí)期需要延長(zhǎng)泥齡和加大反應(yīng)器容積的問(wèn)題。
菌種流加的操作靈活，不需要長(zhǎng)期的適應(yīng)調(diào)整時(shí)間，是一種應(yīng)對(duì)低溫沖擊的快速有效方法，但是不能從根本上解決低溫下反應(yīng)器運(yùn)行效率低的問(wèn)題，僅是增加反應(yīng)器內(nèi)功能菌的數(shù)量及其在混合污泥的比例，緩解低溫對(duì)生物處理的影響，在反應(yīng)器容積有*不適合長(zhǎng)期采用。

2接種耐冷菌
接種物對(duì)于低溫條件下厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行具有重要的意。耐冷菌能夠耐受溫度波動(dòng)，比較適合低溫廢水的處理。如反硝化耐冷菌——熒光假單胞菌能夠在低于10℃的條件下降解苯二甲酸，也有耐冷菌能在低溫下降解甲苯、氯酚等難降解有機(jī)物。目前的研究重點(diǎn)關(guān)注了接種耐冷菌在低溫產(chǎn)甲烷系統(tǒng)中的意義，如賁岳等為確保寒冷地區(qū)污水生物處理系統(tǒng)的有效運(yùn)行，接種耐冷微生物，用于生活污水的處理，在6~10℃下，成功地去除污水中86.7%的COD。左劍惡等關(guān)注了嗜冷產(chǎn)甲烷菌及其在廢水厭氧處理中的應(yīng)用，從分離培養(yǎng)及生li生化特性、適冷機(jī)制和分子生物學(xué)研究等方面，對(duì)嗜冷產(chǎn)甲烷菌的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面的綜述，并指出接種物對(duì)于低溫條件下厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)很重要。
氨氧化古菌(AOA)是一類能夠在低溫下保持活性的古細(xì)菌。如果能將AOA應(yīng)用到低溫廢水的生物處理中，將會(huì)推動(dòng)生物脫氮工藝的發(fā)展。這可以作為今后研究的一個(gè)重要方向。
3生物固定化
經(jīng)固定化處理后，微生物的抗逆性能提高，能耐受外界環(huán)境的變化，從而保持了較高的活性。此外，微生物經(jīng)包埋固定后持留能力得以增強(qiáng)，可望實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動(dòng)和高效穩(wěn)定運(yùn)行
通過(guò)固定化可以削弱溫度變化對(duì)硝化作用的影響。張爽等研究了固定化硝化菌在不同溫度下對(duì)氨氮的去除效能，采用*-硼酸包埋法固定常溫富集培養(yǎng)的含耐冷菌的硝化污泥，用于處理常溫和低溫生活污水。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)固定化處理的硝化菌群即使在低溫條件下，也表現(xiàn)出了較高的硝化效率(>80%)。也有學(xué)者開(kāi)展了固定化反硝化細(xì)菌脫氮的研究，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)固定化處理，提高了反硝化細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)性，固定化反硝化細(xì)菌對(duì)高濃度的銨離子和低溫的耐受性增加。B.K.Pathak等在低溫厭氧氨氧化的研究中通過(guò)接種固定化微生物和厭氧顆粒污泥處理低含氮廢水，在20℃下成功啟動(dòng)厭氧氨氧化，NRR達(dá)到了16.22g/(m3?d)，總氮去除率為92%。L.M.Quan等以*(PVA)凝膠和1%的藻酸作為厭氧氨氧化菌的包埋材料，在(25±0.5)℃時(shí)，厭氧氨氧化工藝的NRR達(dá)到了8.0kg/(m3?d)。
固定化是一種有效的技術(shù)手段，然而也會(huì)使微生物活性有所降低，且固定化后，傳質(zhì)阻力會(huì)增大，氧的傳質(zhì)阻礙尤為明顯，固定化更能在厭氧條件下發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。此外，其成本也有待技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估。
新農(nóng)村污水處理成套設(shè)備工藝組成:膜--生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜--生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱：
① 曝氣膜--生物反應(yīng)器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;
② 萃取膜--生物反應(yīng)器(ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR);
③ 固液分離型膜--生物反應(yīng)器(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡(jiǎn)稱 MBR)。
曝氣膜
曝氣膜--生物反應(yīng)器(AMBR)早見(jiàn)于Cote.P 等1988年報(bào)道，采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)( Bubble Point)情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時(shí)間的因素的影響。
萃取膜
萃取膜--生物反應(yīng)器，又稱為EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理;當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會(huì)造成大氣污染。
為了解決這些技術(shù)難題，英國(guó)學(xué)者Livingston研究開(kāi)發(fā)了EMB。廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以通過(guò)選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如HRT和SRT可分別控制在*的范圍，維持大的污染物降解速率。
固液分離型膜
固液分離型膜--生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得深入的一類膜--生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。

在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/L左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25% ～40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。
針對(duì)上述問(wèn)題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率;并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中*菌(特別是優(yōu)勢(shì)菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率;同時(shí)，通過(guò)降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量(甚至為0)，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問(wèn)題。
工藝類型:
根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，可將膜--生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。(以下討論的均為固液分離型膜--生物反應(yīng)器)
分置式
把膜組件和生物反應(yīng)器分開(kāi)設(shè)置。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過(guò)濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜，成為系統(tǒng)處理水;固形物、大分子物質(zhì)等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。
分置式膜--生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于膜的清洗、更換及增設(shè);而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長(zhǎng)膜的清洗周期，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯(cuò)流流速，水流循環(huán)量大、動(dòng)力費(fèi)用高(Yamamoto,1989)，并且泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會(huì)使某些微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象(Brockmann and Seyfried,1997)。
一體式
把膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部。進(jìn)水進(jìn)入膜--生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過(guò)濾出水。
這種形式的膜--生物反應(yīng)器由于省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，并且靠抽吸出水，能耗相對(duì)較低;占地較分置式更為緊湊，在水處理領(lǐng)域受到了特別關(guān)注。但是一般膜通量相對(duì)較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換。