廢水處理的基本知識
廢水的生化培養過程是一項錯綜復雜的工作，其理論基礎涉及物理學、無機化學、有機化學、微生物學、流體力學等多種學科，盡管最早的活性污泥工藝迄今已有近百年的歷史，但是諸多理論在學術界仍無定論。因此，在本項目廢水生化處理過程中，就要求操作及管理人員，在深入理論研究的基礎上，結合公司廢水具體情況，在生化培養過程中不斷地進行探索實踐，在做到系統正常運行，確保廢水達標排放的前提下，提高其理論深度，豐富其實踐經驗，完成其技術儲備。
廢水生化處理調試是以微生物的培養為主要過程的工作，按照微生物的需氧情況可分為好氧處理、兼氧處理和厭氧處理；按照微生物的生長形式可分為活性污泥法和生物膜法；按照廢水和微生物的形式可分為完全混合式、序批式等；按照其反應器形式則包括更多類型。本人在結合理論廢水處理工程實踐的基礎上，對廢水生化處理過程中的影響因素、監測手段及控制參數等進行整理。
1、溫度
溫度對生化培養過程起著至關重要的作用。目前，盡管本項目廢水處理工程尚未做到對生化系統控制溫度的程度，但是各生化反應系統、各運行階段中溫度的測量和分析依舊對生化污泥馴化培養過程起到指導性作用，它能夠為生化培養過程中各現象的解釋提供依據，有助于幫助管理及操作人員對系統運行管理做出正確及時的判斷。 溫度在很大程度上影響活性污泥（包括厭氧、兼氧和好氧）中的微生物活性程度，并且對諸如溶解氧、曝氣量等產生影響，同時對生化反應速率產生影響。不同種類的微生物所生長的溫度范圍不同，約為5℃~80℃。在此溫度范圍內，可分成最低生長溫度、最高生長溫度和最適生長溫度。以微生物適應的溫度范圍，微生物可分為中溫性、好熱性和好冷性三類。中溫微生物的生長溫度范圍在20℃~45℃，好冷性微生物的生長溫度在20℃以下，好熱性微生物的生長溫度在45℃以上。廢水生化好氧生物處理，以中溫細菌為主，其生長繁殖的最適溫度為20℃~37℃。當溫度超過最高生物生長溫度時，會使微生物的蛋白質迅速變性及酶系統遭到破壞而失去活性，嚴重者可使微生物死亡。低溫會使微生物的代謝活力降低，進而處于生長繁殖停止狀態，但仍保存其生命力。 厭氧生物處理中的中溫性甲烷菌最適溫度范圍在20℃~40℃之間，高溫性為50℃~60℃，厭氧生物處理常采用溫度33℃~38℃和50℃~57℃。
2、pH值
不同的微生物有不同的pH值適應范圍。例如細菌、放線菌、藻類和原生動物的pH值適應范圍是在4~10之間。大多數細菌適宜中性和偏堿性（pH值6.5~7.5）環境；氧化硫化桿菌喜歡在酸性環境，它的最適pH值為3，亦可以在pH值1.5的環境中生活；酵母菌和霉菌要求在酸性或偏酸性的環境中生活，最適pH值3.0~6.0，適應pH值范圍為1.5~10之間。廢水生物處理過程保持最適pH值范圍是十分重要的。如用活性污泥法處理廢水，曝氣池混合液的pH值達到9.0時，原生動物將由活躍轉為呆滯，菌膠團粘性物質解體，活性污泥結構遭到破壞，處理效率顯著下降。如果進水pH值突然降低，曝氣池混合液呈酸性，活性污泥結構也會變化，二沉池中出現大量浮泥現象。
培養優良、馴化成熟的生物系統具有較強的耐沖擊負荷的能力，但如果pH值在大幅度內變化，則會影響反應器的效率，甚至對微生物造成毒性而使反應器失效，因為pH值的改變可能引起細胞電荷的變化，進而影響微生物對營養物質的吸收和微生物代謝中酶的活性。
綜上所述，在生物系統處理廢水過程中，應提供微生物最佳的pH值范圍，以使其在最優化條件下運行。
3、化學需氧量（COD）
COD的測試方法嚴格遵守廢水水質分析國家標準測試方法。化學需氧量是用化學氧化劑氧化水中的有機污染物時所消耗的氧化劑量，用氧量（mg/L）表示。化學需氧量越高，也表示水中有機污染物越多。常用的氧化劑主要是重鉻酸鉀和高錳酸鉀。以高錳酸鉀作氧化劑時，測得的值稱CODMn或簡稱OC。以重鉻酸鉀作氧化劑時，測得的值稱COD¬Cr，或簡稱COD。如果廢水中有機物的組成相對穩定，則化學需氧量和生化需氧量之間有一點個比例關系。一般說，重鉻酸鉀化學需氧量與第一階段生化需氧量之差，可以粗略的表示為不能被需氧微生物分解的有機物。
COD的測試分析是廢水處理調試運行工作的重要組成部分，一方面掌握工藝流程中各處理單元的進出水情況，確保進水穩定，不至于產生較大的波動和對系統的沖擊；另一方面，通過各處理單元前后進出水的COD變化情況，了解處理單元的處理效果和效率。其重要作用可總結為以下三點：
1）提供詳細的進出水濃度，使管理人員根據濃度變化情況相應的對運行工況作出調整，保證廢水處理系統正常、穩定運行；
2）作為一項重要的技術指標，反映各處理單元的運行情況及處理效率等；
3）為整個系統中出現的各種現象及異常情況的分析判斷及合理解釋提供依據。
4、活性污泥的生物相
活性污泥的生物相觀察在廢水生化處理過程中作用極其重要，它不僅反映微生物培養程度和污泥馴化程度，并直接反映廢水的處理情況。 活性污泥是由細菌類、真菌類、原生動物和后生動物等多種微生物群體所組成的混合培養體。細菌具有較高的增殖速率和較強的分解有機物的功能，真菌也具有分解有機物的能力。原生動物以攝食游離的細菌為主，起到進一步凈化水質的作用，后生動物則以攝食原生動物為主。通過光學顯微鏡可以觀察真菌類的絲狀菌和原生動物與后生動物的生物相，通過觀察與辨別其種屬和數量可以判斷污泥的質量和處理水質的優劣，因此，將原生動物和后生動物稱為活性污泥系統中的指示性生物。 除活性污泥宏觀指標外，采用普通光學顯微鏡可以觀察污泥的微觀生物指標，即污泥的生物相。生物相觀察包括兩個部分：一部分是觀察原生動物和后生動物等指示性生物的數量及種類變化。不同質量的活性污泥中存在不同的指示生物，通過指示性生物的觀察，可以間接評估活性污泥的質量。另一部分是觀察活性污泥中絲狀菌的數量。不同質量的活性污泥中絲狀菌的量是不同的，通過絲狀菌數量的測量，也可間接反映活性污泥的質量。
（1）指示性生物的觀察：對于某一特定的污水處理系統，當活性污泥系統運行正常時，其生物相也基本保持穩定，如果出現變化，則表示活性污泥質量發生了變化，應進一步觀察并采取處理措施。微生物的種類繁多，其命名方法也非常復雜。從實際出發，運行人員應熟練掌握活性污泥中最常見的微型指示生物：變形蟲、鞭毛蟲、草履蟲、鐘蟲、線蟲等。這些微生物中的某一種或幾種是否占優勢以及比例多少，將取決于工藝的運行狀態。
在活性污泥培養初期，活性污泥很少或基本沒有，此時鏡檢會出現大量的變形蟲，當變形蟲占優勢時，對污水基本沒有處理效果。
在超高負荷的活性污泥系統中，鞭毛蟲占優勢，出水質量很差。但在活性污泥培養過程中，鞭毛蟲的出現并占優勢，則說明活性污泥已經形成，并且向良性方向發展。 在中等負荷的活性污泥中，草履蟲將占優勢，此時的處理效果好活性污泥發育正常，沉降性能和生物活性良好，出水水質好。在低負荷延時曝氣活性污泥系統中，輪蟲和線蟲將占優勢，此時出水中可能挾帶大量的針狀絮體。輪蟲和線蟲大量出現表明活性污泥正常。如發現鐘蟲不活躍，往往表示曝氣不足，如果出現鐘蟲等原生動物死亡，則說明曝氣池內有有毒物進入。在大量鐘蟲存在的情況下，楯線蟲數量多而且活躍，這有可能會令污泥變得松散，如果鐘蟲數量遞減，而楯纖蟲數量增加，則潛伏著污泥膨脹的危險。 鏡檢中發現各類原生動物極少，球衣菌或硫絲細菌很多時，說明污泥已發生膨脹，若發現單個鐘蟲活躍，其體內的食物泡都能清晰可見，說明污水處理程度高，DO充足。若在二沉池中有許多水蚤（魚蟲），其體內血色素低，說明DO高；水蚤的顏色很紅時，則說明出水幾乎無溶解氧。當輪蟲數量劇增時，則指示污泥老化，結構松散并解體，應加強排泥。
（2）絲狀菌的觀察：在活性污泥系統中，并不是絲狀菌越少越好，因為絲狀菌在污泥絮體中起骨架作用。通過顯微鏡觀察絲狀菌的數量及長度、豐度等可直接反映工藝的運行情況。 需要補充的是：生物相觀察只是一種定性的方法，運行中只能作為理化方法的補充手段，不可作為主要的工藝檢測方法，需要在不斷的實踐中注意積累資料，總結出本工程的生物相變化規律。
5、MLSS、MLVSS、F/M、SRT等污泥理化指標
①SV30（污泥的沉降比）：污泥的沉降比是指曝氣池中的混合液在1000ml的量筒中，靜置30min后，沉降污泥與混合液的體積之比，一般用SV30表示。
SV30是衡量活性污泥沉降性能和濃縮性能的一個指標。對于某種濃度的活性污泥，SV30越小，說明其沉降性能和濃縮性能越好。正常的活性污泥其MLSS濃度為1500~4000mg/L。SV30一般在15%~30%的范圍內。
②SVI30（污泥的體積指數）：污泥的體積指數是指曝氣池混合液在1000ml量筒中，靜置30min后，1g活性污泥懸浮固體所占的體積，常用SVI30表示，單位為ml/g，SVI30 與SV30存在以下關系：
SVI30= SV30/MLSS×1000 沉降比SV與污泥的濃度有關，沉降性能相同的污泥，當MLSS較大時，SV也越大；當曝氣池中混合液MLSS變化較大時，SV值就無法與歷史數據比較，反映的污泥情況失真。測量SV或SVI的目的是反映污泥在二沉池內的沉降濃縮狀況。
SVI既是衡量污泥沉降性能的指標，也是衡量污泥吸附性能的一個指標。一般來說，SVI值越大，沉降性能越差，但吸附性能好；反之，SVI越小，沉降性能越好，而吸附性能越差。在傳統活性污泥工藝中，一般認為，SVI值在100左右，綜合效果最好，太大或太小都不利于出水質量的提高。
③MLSS（混合液懸浮固體濃度）：指曝氣池中污水和活性污泥混合后的混合液懸浮固體數量，用MLSS表示，單位是mg/L。它近似的表示曝氣池中活性微生物的濃度，是運行管理的一個重要參數。
④MLVSS（混合液揮發性懸浮固體濃度）：指混合液中懸浮固體中有機物的含量，用MLVSS表示，它較MLSS更能確切的代表活性污泥微生物的數量。
⑤SRT(污泥齡或稱平均細胞停留時間)：是活性污泥在整個系統中的平均停留時間，一般用SRT表示：
SRT=活性污泥系統中的活性污泥總量/每天從系統內排出的活性污泥量 =（Ma+Mc+MR）/(Mw+Me) 其中Ma，為曝氣池中的活性污泥量；Mc，為二沉池的污泥量；MR，為回流系統的污泥量；Mw，為每天排放剩余污泥量；Me,為二沉池出水每天帶走的污泥量。
⑥F/M（污泥負荷）：指單位重量的活性污泥，在單位時間內要保證一定的處理效果所能承受的有機物量。單位是kgBOD5/kg(MLVSS?d)，通常用F/M表示有機負荷，F（ feed—飼料?）代表食料，即進入系統中的食物量；M代表活性微生物量，即曝氣過程中的揮發性固體量。（另：污泥負荷（sludge loading）--- 曝氣池內每公斤活性污泥單位時間負擔的五日生化需氧量公斤數。其計量單位通常以kg/(kg·d)表示。）F/M=Q?BOD5(每天進入系統中的食料量)/ MLVSS?Va(曝氣過程中的微生物量) 式中：Q為進水流量（m3/d）；BOD5為進水的BOD5值（mg/L）；Va為曝氣池的有效容積（m3）；MLVSS為曝氣池內活性污泥濃度（mg/L）。6、營養元素
營養元素在工業廢水生化處理中作用至關重要。生物培養的微生物按照其細胞組成及代謝性質，在生長繁殖過程中需要一定量的營養元素，主要以氮磷為主。所以工業廢水生物培養過程中，需要經常性的投加營養物質，以保證廢水中有足夠的氮和磷。
BOD：N：P=100：5：1，這是好氧生化系統中的比例，在好氧生化培養中，缺乏氮元素將導致絲狀的或者分散狀的微生物群體產生，使其沉降性能差。另外，缺乏氮元素使新的細胞難以形成，而老的細胞繼續去除BOD物質，結果微生物向細胞壁外排泄過量的副產物——絨毛狀絮狀物，這些絮狀物沉淀性能差。根據經驗，從廢水中每去除100kgBOD需要加5kg氮和1kg磷。 在許多條件下，氮以氨形式，磷以磷酸形式加入廢水中。細菌需要氮以產生蛋白質，需要磷以產生分解廢水中有機物質的酶。一般細菌較易利用氨態氮，在處理工業廢水時，如果廢水含氮量低，不能滿足微生物的需要，需要另外補加氮營養，如尿素、硫酸銨、糞水等。微生物中主要以細菌對磷的要求較多，工業廢水中一般需要補加磷元素，如磷酸鉀、磷酸鈉等。
7、BOD5
BOD5的測試方法嚴格遵守廢水水質分析國家標準測試方法。水中有機污染物被好氧微生物分解時所需的氧量稱為生化需氧量（以mg/L為單位）。它反映了在有氧的條件下，水中可生物降解的有機物的量。生化需氧量越高，表示水中需氧有機物越多。有機物污染物被好氧微生物家分解的過程，一般可分為兩個階段：第一階段主要是有機物被轉化為二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。污水的生化需氧量通常只指第一階段有機物生物氧化所需的氧量。微生物的活動與溫度有關，測定生化需氧量時一般以20℃作為測定的標準溫度。一般生活污水中的有機物需20天左右才能基本上完成第一階段的分解氧化過程，即測定第一階段的生化需氧量至少需要20天時間。這在實際工作中有困難。目前以5天作為測定生化需氧量的標準時間，簡稱5日生化需氧量（用BOD5表示）。據試驗研究，一般有機物的5日生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右，對其他工業廢水來說，他們的5日生化需氧量與第一階段生化需氧量之差，可以較大或比較接近，不能一概而論。BOD的測試分析在廢水處理工程中非常關鍵，BOD/COD的值可表示廢水的可生物降解性能，BOD/COD的值越高，說明廢水的可生化性越強，通過生物處理辦法就越適合。其中廢水的物化預處理單元、厭氧生物反應最大的作用就是提高廢水的可生化性，進而提高好氧生化系統的處理效率和效果。
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