農(nóng)村微動(dòng)力生活污水處理設(shè)施
活性污泥中復(fù)雜的微生物與廢水中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物形成了復(fù)雜的食物鏈。zui先擔(dān)當(dāng)凈化任務(wù)的是異氧菌和腐生性真菌，細(xì)菌特別是球狀細(xì)菌起著關(guān)鍵的作用，優(yōu)良運(yùn)轉(zhuǎn)的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團(tuán)。沉降性好，隨著活性污泥的正常運(yùn)行，細(xì)菌大量繁殖，開(kāi)始生長(zhǎng)原生動(dòng)物，是細(xì)菌一次捕食者?；钚晕勰喑Ｒ?jiàn)的原生動(dòng)物有鞭毛蟲、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲?；钚晕勰喑墒鞎r(shí)固著型的纖毛蟲、種蟲占優(yōu)勢(shì);后生動(dòng)物是細(xì)菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時(shí)才出現(xiàn)，所以當(dāng)出現(xiàn)后生動(dòng)物時(shí)說(shuō)明處理水質(zhì)好轉(zhuǎn)標(biāo)志。其性能指標(biāo)包括：混合液懸浮固體 (MLSS)，污泥沉降比(SV)，污泥指數(shù)[污泥體積指數(shù)(SVI)，污泥密度指數(shù)(SDI)。
曝氣池是由微生物組成的活性污泥與污水中有機(jī)污染物物質(zhì)充分混合接觸，并進(jìn)而降解吸收并分解的場(chǎng)所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統(tǒng)的作用是向曝氣池供給微生物增長(zhǎng)及分解有機(jī)物所必須的氧氣，并起混合攪拌作用，使活性污泥與有機(jī)物充分接觸。在曝氣池內(nèi)，懸浮的大量肉眼可觀察到的絮狀污泥顆粒這就叫做活性污泥絮體。隨著有機(jī)污染物被分解，曝氣池每天都凈增一部分活性污泥，這部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系統(tǒng)之外---污泥池。
培養(yǎng)
培養(yǎng)初期，每天悶曝22h，靜置2h，排放4L廢水，再加入4L自配水。7天后，污泥顏色呈黑色，沉降性能良好，出水混濁，測(cè)量MLSS、SV的值，反應(yīng)過(guò)程中pH值、COD、NH3-N濃度沒(méi)有較大的變化，說(shuō)明培養(yǎng)出的細(xì)菌量較少。14天后，污泥呈淺黑色，沉淀時(shí)泥水界面由開(kāi)始模糊逐漸變得邊緣清晰，鏡檢時(shí)可以觀察到草履蟲、漫游蟲、裂口蟲、吸管蟲等。隨著生物相逐漸變好，預(yù)示菌種培養(yǎng)出來(lái)了。測(cè)量MLSS、SV的值，COD和NH3-N去除率分別達(dá)到43%和10%，污泥活性還不強(qiáng)，需要繼續(xù)培養(yǎng)。此后，每天運(yùn)行兩周期，每周期曝氣10h，靜置2h。30天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液靜置半小時(shí)，上清液清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黃褐色，鏡檢有大量新型菌膠團(tuán)，較為密實(shí)，可以觀察到許多活躍的鐘蟲。測(cè)量污泥MLSS、SV的值，COD去除率達(dá)到90%以上，NH3-N去除率在30%以上，污泥活性較強(qiáng),至此認(rèn)為培養(yǎng)階段結(jié)束。
馴化
培養(yǎng)出來(lái)的活性污泥含有大量異養(yǎng)菌，而硝化菌是自養(yǎng)菌，污泥中含量非常少，需要進(jìn)一步進(jìn)行馴化，使之占優(yōu)。與硝化菌相比，反硝化菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，生長(zhǎng)和繁殖快，所以在一般情況下反硝化菌受到廢水物質(zhì)的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的馴化過(guò)程中，每隔兩天提高一次進(jìn)水COD和NH3-N濃度。污泥馴化初期，COD去除率為85.59%，而NH3-N去除率僅為23.21%。這是因?yàn)楫愷B(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì)，生長(zhǎng)速率快，硝化菌世代時(shí)間長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率慢，含量較少，與異養(yǎng)菌競(jìng)爭(zhēng)處于不利地位，硝化反應(yīng)速率低。4天后，NH3-N去除率明顯升高，達(dá)到了46.70%，這說(shuō)明系統(tǒng)中的硝化菌逐漸占優(yōu)勢(shì)，但NH3-N處理效果還不很理想，還需要繼續(xù)馴化。使得NH3-N的去除率在90%以上，系統(tǒng)取得了良好的脫氮效果，達(dá)到馴化目的。
生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理
在污水的生物脫氮處理過(guò)程中，首先在好氧條件下,通過(guò)好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩?。因?污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。
硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程 ,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。
缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過(guò)程,稱為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源) 。
生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。
傳統(tǒng)生物法
目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開(kāi),形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行。1932 年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。
生物處理技術(shù)
水源水生物處理技術(shù)的本質(zhì)是水體天然凈化的人工化，通過(guò)微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在內(nèi)的可生物降解的有機(jī)物及可能在加氯后致突變物質(zhì)的前驅(qū)物和NH3—N，NO2—等污染物，再通過(guò)改進(jìn)的傳統(tǒng)工藝的處理，使水源水水質(zhì)大幅度提高。常用方法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床，生物接觸氧化池和生物活性炭濾池。這些處理技術(shù)可有效去除有機(jī)碳及消毒副產(chǎn)物的前體物，并可大幅度的降低NH3—N，對(duì)鐵、錳、酚、濁度、色、嗅、味均有較好的去除效果，費(fèi)用較低，可*代替預(yù)氯化。
塔式生物濾池
輕質(zhì)濾料的開(kāi)發(fā)與采用，為塔式生物濾池的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。生物塔濾增加了濾池高度，分層放置填料，通風(fēng)良好克服了普通生物濾池（非曝氣）溶解氧不足的缺陷。國(guó)外廣泛采用塑料材質(zhì)大孔徑波紋孔板濾料，我國(guó)常采用環(huán)氧樹(shù)脂固化玻璃鋼蜂窩填料。塔式生物濾池的凈化作用也是通過(guò)填料表面的生物膜的新陳代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。塔式濾池的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷高、產(chǎn)水量大、占地面積小，dui沖擊負(fù)荷水量和水質(zhì)的突變適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大，基建投資高，運(yùn)行管理不便。
農(nóng)村微動(dòng)力生活污水處理設(shè)施生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器
生物轉(zhuǎn)盤在污水處理中已廣泛采用，目前在給水處理領(lǐng)域，對(duì)某些污染程度較為嚴(yán)重的微污染水進(jìn)行了一些研究。
生物轉(zhuǎn)盤的特點(diǎn)表現(xiàn)為，生物膜能夠周期的運(yùn)行于空氣與水相兩者之中，微生物能直接從大氣中吸收需要的氧氣（減少了溶液中氧傳質(zhì)的困難性），使生物過(guò)程更為有利的進(jìn)行。轉(zhuǎn)盤上生物膜生長(zhǎng)面積大，生物量豐富，不存在類似于生物濾池的堵塞情況，有較好的耐沖擊負(fù)荷的能力，脫落膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時(shí)間較長(zhǎng)，構(gòu)筑物占地面積大，盤片價(jià)格較貴，基建投資高。
生物膨脹床與流化床
生物膨脹床是介于固定床和流化床之間的一種過(guò)渡狀態(tài)，流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經(jīng)膨脹床后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過(guò)選用適度規(guī)格粒徑（約為0.2~1.0mm）的生物載體，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用氣、水同向混合自下而上，使載體保持適度膨脹或流化的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。與固定床相比，從兩個(gè)方面強(qiáng)化了生物處理過(guò)程：一方面，載體粒徑變小，比表面積增大，單位溶劑的比表面積可達(dá)到2000~3000m2/m3，這大大提高了單位生物池的生物量。另一方面，由于顆粒在反應(yīng)器中處于自由運(yùn)動(dòng)（膨脹或流化）狀態(tài)，避免了生物濾池的堵塞現(xiàn)象，提高了水與生物顆粒的接觸機(jī)會(huì)；同時(shí)可采用控制膨脹率的辦法來(lái)控制水流紊動(dòng)對(duì)生物顆粒表面的剪力水平，進(jìn)而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均勻、致密、厚度較薄且活性較高的生物膜。這些都大大的強(qiáng)化了水中可生物降解基質(zhì)向生物膜內(nèi)的傳遞過(guò)程，使生物膨脹床、流化床的單位容積的基質(zhì)降解速率得到提高。生物膨脹床、流化床含有活性高的較大生物量，處理水力負(fù)荷增大，并保證出水水質(zhì)良好。
采用生物膨脹床與流化床，可解決固定填料床中常出現(xiàn)的堵塞問(wèn)題，進(jìn)一步提高凈化效率，且占地面積少。但由于保持膨脹或流化狀態(tài)，消耗的動(dòng)力費(fèi)用較高，且維護(hù)管理復(fù)雜，尤其是當(dāng)池體比較大的情況，如一旦停止運(yùn)行，再啟動(dòng)很困難，運(yùn)行中水力學(xué)條件難以控制等。在運(yùn)行過(guò)程中還存在流化介質(zhì)跑料現(xiàn)象，其工程應(yīng)用還很少見(jiàn)。
微生物的生長(zhǎng)環(huán)境
廢水生物處理的主體是微生物，只有創(chuàng)造良好的環(huán)境條件讓微生物大量繁殖才能獲得令人滿意的處理效果。影響微生物生長(zhǎng)的的條件主要有營(yíng)養(yǎng)、溫度、pH值、溶解氧及有毒物質(zhì)等。
1、營(yíng)養(yǎng)
營(yíng)養(yǎng)是微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)來(lái)自于營(yíng)養(yǎng)。微生物細(xì)胞的組成(不包括H2O和無(wú)機(jī)物)，可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同微生物細(xì)胞的組成不盡相同，對(duì)碳氮磷比的要求也不*相同。好氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]。厭氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:6:1。其中N以NH3 - N計(jì)，P以PO43--P計(jì)。微生物種類繁多，所需C、N、P的化學(xué)形式也不相同。如異養(yǎng)菌需要有機(jī)物為碳源，而自養(yǎng)菌以CO2和HCO3-為碳源。
幾乎所有的有機(jī)物都是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，為達(dá)到預(yù)期的凈化效果，控制合適的C:N:P比顯得十分重要。微生物除需要C、H、O、N、P外，還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素，以及Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B等微量元素。
