废水水解酸化生物处理技术的影响因素

废水水解酸化—生物处理技术的影响因素卞静晶/江苏省环境监测中心【摘要】本文综述了包括水解酸化与活性污泥法、生物膜法、生物接触氧法等废水生物处理技术的影响因素。【关键词】水解酸化；生物处理；影响因素1水解酸化过程的影响因素：1．1基质的种类和状态。基质的种类和形态对水解（酸化）过程的速率有着重要的影响。就脂肪、蛋白质和多糖三类物质来说，在相同的操作条件下，水解速率依次增加。同类有机物，分子量越小，水解越简单，相应的水解速率就越大。1．2水解液的pH值。水解的速率、水解（酸化）的产物以及污泥的形态和结构均受到水解液pH值的影响。研究表明，水解（酸化）微生物对pH值变化敏感度不大，水解过程可在pH值宽达3.5~6.5进行。当pH值超出此范围值，无论朝碱性方向或酸性方向移动时，水解速率都将减少。1．3水力停留时间。水力停留时间是控制水解反应器运行的重要参数之一。它对反应器的影响，与反应器的功能有关。对于以水解为单一目的的反应器，水力停留时间与水解效率呈现一定的正相关性，即水力停留时间越短，水解微生物与被水解物质接触时间也越短，相应的水解效率也就越低。1．4粒径。粒径是影响粒状有机物水解（酸化）速率的重要因素之一。粒径越小，单位重量有机物的表面积越大，越易于水解。2活性污泥法的影响因素：2．1pH值环境中pH值的变化能够导致微生物细胞膜电荷的变化，从而影响了微尘物对营养物质的吸收；pH值的变化还会改变酶的活性，使酶的作用受到破坏，微生物的生命活动即减弱，甚至死亡；另外，pH值也改变环境中营养物质的可利用性。因此，各种微生物都有一定的pH适用范围，在废水处理中，活性污泥所适应的pH值范围一般为6~9，超出此范围时污泥即失去活性甚至死亡。实践表明生物池进水pH值低于4或大于1时多数情况下会发生活性污泥受冲击[1]。在本研究中，pH值偏于碱性，但影响不显著。2．2溶解氧活性污泥微生物为好氧菌。因此，在混合液中保持一定的溶解氧浓度是至关重要的。对混合液中的游离细菌来说溶解氧保持在住3mg/L即可满足要求。但是，活性污泥是微生物群体“聚居”的絮凝体，溶解氧必须扩散到活性污泥絮体的深处。为了保证活性污泥系统的正常运转，混合液中溶解氧必须保持在2mg/L以上。溶解氧过高，大量耗能，在经济上是不适宜的。过低，有利于丝状菌在系统中占优势，能够诱发产生污泥膨胀现象[2]。2．3有毒物质碱法制浆造纸废水中漂白工段产生多种有机酸（包括氯化有机酸）、酚类化合物（包括氯代酚）以及中性有机氯化物[3-8]。生物降解有机化合物时，由于有机化合物的结构和元素组成有很大的不同，它们被降解的难易程度也就存在着很大的差异。有机物的不同化学基团在微生物表面不同的部位进行吸附和反应，而且反应往往从有机物分子所含的基团开始。漂白废水中AOX大部分来自高分子量氯代木素及降解产物，而废水中毒性物质一般认为漂白废水的毒性与废水的AOX有关，尤其是与低分子量氯代有机物有关，如氯代酚、氯仿、氯乙酸等。2．4营养物质主要是指N、P和C的平衡，N、P是活性污泥进行正常的生理代谢不可缺少的元素，对微生物代谢生长起重要作用。一般活性污泥系统中的C:N:P为100:5:1。活性污泥系统中缺少N和P两种元素时污泥表现为颜色浅，状态散，不易凝聚。当N含量过低时，N源就会成为影响去除效果的限制性因素。过高时，一方面需要增加建设和运行费用；另一方面，投加过多的N会使水中氮含量过高而另设脱氮工艺。因此，保持造纸废水合适的C/N值是节省建设与运行投资，达到较好的去除目标的有效途径之一。2．5冲击负荷主要包括水质的忽然变化和进水量的忽然变化。根据经验进水COD比通常值增大30%左右，即发生轻微冲击，达到70%以上时，冲击现象就非常明显。3生物膜法的影响因素3．1有机负荷对MBR运行的影响研究表明，好氧MBR出水受容积负荷与水力停留时间（HRT）的影响较小，而厌氧MBR出水受冲击负荷与HRT的影响较大。另外，在好氧MBR中，污泥浓度随容积负荷的增加迅速升高，有机物去除速率加快，污泥负荷基本保持不变，从而抑制出水水质的恶化;而在厌氧MBR中，污泥浓度升高缓慢，因此厌氧MBR出水水质易受容积负荷的影响[9]。另有一些研究成果表明，不同污泥浓度均存在污泥在膜表面大量沉积的临界膜通量，当膜通量小于临界膜通量，膜污染主要由溶解性有机物在膜面的沉积引起;当膜通量大于临界膜通量，膜污染主要由悬浮污泥在膜面的沉积引起;在污泥浓度较低时，曝气强度对膜的污染影响不大，在中高污泥浓度条件下，增加曝气强度有利于减缓膜污染[10]。3．2膜的固有性质对MBR运行的影响膜的固有性质包括亲水性程度、膜表面的粗糙程度和膜孔径大小等。憎水性膜对蛋白质的吸附小于亲水性膜，因此能获得较高的膜通透量，但在浓差极化效果强烈时，这种作用不明显，易受蛋白质污染的膜有聚砜等，而憎水性强的聚烯烃膜等受到的污染程度较轻。另外，与膜表面有相同电荷的料液能改善膜表面的污染，提高膜通透量。膜孔径的大小也会影响膜通透量的变化，当截留物相对分子质量小于300000时，随膜孔径的增加，膜通量增加，大于300000时，膜通量随孔径变化不大；膜孔径增加至微滤范围时，膜通量反而减少，这是因为细菌在膜孔内滋生造成不可逆的堵塞所至[11、12]。膜表面粗糙度增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，同时使膜表面的搅动程度增加，阻碍污染物在膜表面的吸附，因而膜表面的粗糙度对膜通量的影响是两方面作用的综合表现。3．3膜污染对MBR运行的影响膜生物反应器运行中存在的主要问题是膜污染。在膜操作过程中，膜的渗透能量会逐渐降低，其主要原因就是膜污染。根据国际纯化学和应用化学协会的定义，由于悬浮物或可溶性物质沉积在膜的表面、孔隙和孔隙内壁，从而造成膜通量降低的过程称为膜污染[13]。膜污染可分为3种类型[14、15]：可逆性膜面污染，主要是水透过后被截留下来的部分活性污泥和胶体物质，在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面而形成的凝胶层，即滤饼；不可逆污染，是由溶解性物质被膜内微孔表面吸附或结晶，堵塞孔道，使膜通量减少的一种膜污染;生物污染，由于在膜面和膜孔中有微生物所需的营养物质，因而大量的微生物就会不可避免地在其中滋生，从而造成膜通量减小；生物污染可分为两个阶段，第一阶段是微生物（包括各种细菌和微生物）通过向膜面的传递（可以通过扩散、重力沉降、主体对流）而能动地积累在膜面上形成生物膜（Biofilm）；当生物膜积累到一定程度引起膜通量的明显下降时便是第二阶段——生物污染（Biofouling）。膜污染是影响膜生物反应器推广应用的主要因素。膜污染导致膜通量下降，增加膜组件更换和膜清洗的频率，从而增加膜生物反应器的运行费用。4生物接触氧化法的影响因素4.1填料填料是微生物的载体，填料的选择决定了反应器内可供生物膜生长的比表面积的大小和生物膜量的大小，在一定的水力负荷和曝气强度下，又决定了反应器内传质条件和氧的利用率，从而对工艺运行效果影响很大。性能良好的填料应具有以下特点：填料上生物膜分布均匀，不产生明显积泥、不产生凝团现象；空隙率较大，不会被生物膜堵塞，不易被水中油污粘住而影响处理效果；要求抗压强度高，有较高的耐盐、耐腐蚀性；要有尽可能高的比表面积和良好的亲水性能，使尽可能多的生物膜附着在填料上；要求充氧动力效果好，可降低运行费用，节省能源；水流阻力小、对化学和生物稳定性强，不溶出有害物质产生二次污染，在填料间能形成均一的流速，且便于运输和安装。4.2水温水温以两种形式对生物接触氧化工艺产生影响：一是影响生物酶的催化反应速率，二是影响污染物质向微生物细胞扩散的速率。生物接触氧化中水温的适宜范围在10~35°C，水温过低，生物膜的活性受到抑制，同时导致反应物质扩散速率的下降，处理效果受到影响。水温过高，将导致出水SS和BOD的增加；温度升高还会使溶解氧降低，氧的传质速率下降，造成溶解氧不足、污泥缺氧腐化而影响处理效果。因此，对温度高的工业废水如印染废水应进行降温处理。4.3pH值生物接触氧化法作为一个微生物处理过程，pH值是其重要的环境因素，对大多数微生物来说，最适宜的pH值在7左右，对pH值过高或过低的废水，应考虑调整pH的预处理，控制生物接触氧化池进水的pH值在6.5~9.5。Villaverde.S[16]等研究了不同pH值对生物接触氧化中硝化过程的影响，研究表明，在pH值为5.0~9.0范围内，pH值每增加一个单位，硝化效率将增加13%，硝化生物膜量在pH值为8.2时获得最大值。4.4溶解氧生物接触氧化池中曝气的作用，一是供给生物氧化所需的氧，二是提供反应器内良好的水流紊动程度，以利于污染物、微生物和氧的充分接触，保证传质效果，同时还可通过对水体的扰动达到强制脱膜，防止填料积泥，保持生物活性。生物接触氧化池中溶解氧一般应维持在2.5~3.5mg/L之间，气水比约为（15~20）B1。溶解氧不足使得生物膜附着力下降而脱落，导致水黏度增加，氧转移效率下降，进而造成缺氧，形成恶性循环使处理效果恶化；过高的气水比会造成对生物膜的强烈冲刷，导致生物膜大量脱落，影响处理效果。参考文献：[1]武书彬.造纸工业水污染控制与治理技术[M].化学工业出版社,2001[2]孙光跃,刘昌玉.石化废水处理场活性污泥受冲击的原因和对策[J].给水排水,1999,25(5):35-37.[3]沈耀良,王宝贞.废水生物处理新技术[M].中国环境科学出版社,1999[4]X.Wang,T.H.Mize,F.M.SaundersandS.A.Bake.BiotreatabilityTestofBleachWastewatersfromPulpandPaperMills.WaterSciTechnol1997,35(2-3):101-108.[5]HectorD.Mansilla,M.CristinaYeber,JuanitaFreer,JaimeRodriguezandJaimeBaeza.HomogeneousandHeterogeneousAdvancedOxidationofaBleachingEffluentfromthePulpandPaperInderstry.WaterSciTechnol,1997,35(4):273-278.[6]UlkuYetis,AylinSelcukandCelalF.Gokcay.ReducingChlorinatedOrganics,Aox,intheBleacheryEffluentsofaTurkishPulpandPaperPlant.WaterSciTechnol1996,34(10):97-104.[7]ThomasE.KemenyandSujitBanerjee.RelationshipsAmongEffluentConstituentsinBleachedKraftPulpMills.WaterResearch,1996,31(7):1589-1594.[8]MCristinaYeber,JaimeRodriguez,JaimeBaeza,JuanitaFreer,ClardioZaror,NelsonDuranandHectorD.Mansilla.ToxicityAbatementandBiodegradabilityEnhancementofPulpMillBleachingEffluentbyAdvancedChemicalOxidation.WaterSciTechnol,1999,40(11-12):337-342.[9]樊耀波，王菊思.水与废水处理中的膜生物反应器技术[J].环境科学，1996，16(8):79-81.[10]王志,甄寒菲,王世昌,等.膜过程中防治膜污染强化渗透通量技术进展[J].膜科学与技术,1999,19(1):1-5.[11]郑祥,朱小龙,张绍园,等.膜生物反应器在水处理中的研究及应用[J].环境污染治理技术与设备,2000,1(5):12-19.[12]王洪生,陆雍森.国外膜技术进展及其在水处理中的应用[J].膜科学与技术,1