试述活性污泥法在降解有机污染物中的机理

试述活性污泥法在降解有机污染物中的机理摘要:活性污泥法是活性污泥法也是应用最广泛的污水处理技术之一。目前，我国现有城市污水处理厂中80％以上采用的是活性污泥法。本文对活性污泥法的基本特性进行介绍，重点阐述了活性污泥法在降解有机污染物中的机理，并接好了几种代表性的活性污泥法处理的类型。关键字：好氧处理活性污泥絮体曝气Abstract:Theactivatedsludgeprocessistheactivatedsludgeprocessisthemostwidelyusedwastewatertreatmenttechnologies.Atpresent,China'scurrenturbansewagetreatmentplantsinmorethan80%isusedinactivatedsludge.Inthispaper,thebasiccharacteristicsofactivatedsludgeareintroduced,focusingontheactivatedsludgeprocessinthemechanismofdegradationoforganicpollutants,andthenagoodrepresentationofseveraltypesofactivatedsludgetreatment.Keywords:aerobictreatment，aeration，activatedsludge，flocs1.前言活性污泥法（ActivatedSludgeProcess）是将空气连续鼓入含有大量溶解性有机物质的废水中，经过一定的时间后，水中即形成生物絮凝体——活性污泥，在活性污泥上栖息、生活着大量的微生物，这种微生物以溶解性有机物为食，获得能量，并不断增长繁殖，从而使废水得到净化[1]。1912年-1913年英国人发明了活性污泥法,在90多年的历史中，随着在实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进，特别是近几十年来，在对其生物反应和进化机理进行深入研究探讨的基础上，活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面及在工艺方面都得到了长足的发展[2]。活性污泥法和生物膜法一样，都是利用微生物降解去除废水中有机物的方法，两者是平行发展起来的污水好氧处理工艺。活性污泥法也是应用最广泛的污水处理技术之一。目前，我国现有城市污水处理厂中80％以上采用的是活性污泥法[3]。2.活性污泥基本特性2.1活性污泥概念污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物[4]。2.2活性污泥的组成和形态活性污泥是活性污泥处理系统中的主体作用物质。它是栖息着具有强大生命活力的微生物群体。在微生物群体新陈代谢功能的作用下，活性污泥具有将有机物转化为稳定的无机物的活力，故此称为“活性污泥”活性污泥有具代谢功能活性的微生物群体（Ma）、微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化残留物（Me）、原污水挟入的有机物质（含难为细菌降解的惰性有机物）（Mi）和原污水挟入的无机物质（Mii）这四部分组成。活性污泥略带土壤的气味，其颜色根据水质的不同而不同；含水率很高，一般在99%以上，其比重则因含水率的不同而异，具沉降性；由多种好氧及兼性厌氧微生物（少量的专性厌氧微生物）与污（废）水中的有机和无机的固体特混凝交织在一起，形成絮状体或绒粒，絮体大小为0.02~0.2mm，比表面积20~100cm2/ml。活性污泥中的固体物质仅占1%以下，这些固体物质是由有机和无机两部分所组成，其组成比例因原污水性质不同而异，如城市污水的活性污泥，其中有机成分占75%-85%，无机成分占15%-25%；具生物活性，具吸附、氧化有机物的能力，有自我繁殖能力；呈弱酸性（pH6.7左右），具有一定pH缓冲能力（进水改变时）。在完合混合式曝气池内，因曝气搅动，始终与污（废）水完全混合，总以悬浮状态存在，均匀分布在曝气池内并处于激烈运动之中。2.3活性污泥法的作用特点1.通过以活性污泥或生物膜形式存在的微生物旺盛的代谢活动，氧化分解有机污染物，使污水净化。2.微生物的代谢无论合成或分解，都是一系列极为复杂的生物化学变化，有分解、合成、氧化、还原、转移、异构等各种反应，绝大多数是在特定的酶促作用中进行的。3.活性污泥中的微生物不断地氧化分解污泥所吸附的有机质，合成新的微生物细胞。4.活性污泥具有良好的沉降性能，使处理水与污泥分开，达到净化的目的。3.活性污泥净化反应的机理3.1活性污泥系统的主要组成A、曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；B、二沉池：1）泥水分离，保证出水水质；2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。C、回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度；2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。D、剩余污泥：1）去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行E、供氧系统：为微生物提供溶解氧3.2活性污泥系统有效运行的基本条件是：1）废水中含有足够的可容性易降解有机物；2）混合液含有足够的溶解氧；3）活性污泥在池内呈悬浮状态；4）活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；5）没有对微生物有毒有害的物质流入。3.3活性污泥微生物及其作用在废水生物处理中，微生物是一个混合群体，他们也有一定的生长规律。有机物多时，以有机物为食料的细菌占优势，数量最多；当细菌很多时，出现以细菌为食的原生动物：而后出现以细菌及原生动物为食的后生动物。活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。在温度适宜，溶解氧充足、营养物质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物(F)与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素。目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物。与微生物成适当比例才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成食物消耗，则絮体也难以形成。3.4活性污泥净化污水的过程和机理在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到增长。一般将整个过程分为三个阶段：初期吸附；微生物代谢；活性污泥凝聚、沉淀与分离[5]。初期吸附：污水与活性污泥接触5～10min，污水中大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着。在生物絮体的表面，这种由物理吸附和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。活性污泥在与废水初期接触的20～30min内，就可以去除75%以上的BOD。但这不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD值会回升（由于胞外水解酶的吸附的非溶解转台的有机物水解成为溶解性小分子后，部分有机物又进入污水中使BOD值上升。此时，活性污泥微生物进入营养过剩的对数增值期，能量水平很高，微生物处于分散状态，污水中存活大量的游离细菌，液近一步促使BOD值上升），再之后，BOD值才会逐渐下降（活性污泥微生物进入减速增殖期和内源呼吸期，BOD值又缓慢下降）。由于活性污泥具有巨大的表面积（2000~10000m2/m3）,且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。微生物的代射：被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下要不被降解，要不被同化成细胞本身。活性污泥凝聚、沉淀与分离：活性污泥法降解有机物的最后程序是泥水分离，这一过程是在二次沉淀池或沉淀区内进行的。污水中有机物在活性污泥的代谢作用下无机化后，经过泥水分离，处理后的澄清水排走，污泥沉淀至池底。泥水分离的好坏直接影响到处理水水质以至整个系统的正常运行。若泥水不经分离或分离效果不好，由于活性污泥本身是有几天，进入自然水体将造成二次污染。另外对沉淀池排出的活性污泥要进行浓缩处理。4.活性污泥法处理的类型4.1传统活性污泥工艺活性污泥工艺是污水处理的主要工艺，传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式。若只要求去除有机污染物时，传统活性污泥工艺仍是一种可行的选择。对传统活性污泥工艺进行的各种改进，产生了很多种不同的活性污泥工艺。一些工艺较传统工艺处理功能增强，一些工艺运行更加稳定，而另外一些工艺的费用大大降低或运行更加方便。这些改进可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进以及投加填料等几个方面。4.2CCAS工艺CCAS（ContinuousCycleAerationSystem）工艺即连续循环曝气系统工艺，对污水预处理要求不高，只设间隙15mm的机械格栅和沉砂池。生物处理的核心是CCAS反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成，出水可达标排放。经预处理的污水连续不断地进入反应池前部的预反应池，在该区内污水中的大部分可溶性BOD被活性污泥微生物吸附，并一起从主、预反应区隔墙下部的孔眼以低流速（0.03～0.05m/min）进入反应区。在主反应区内依照“曝气（Aeration）、闲置（Idle）、沉淀（Settle）、排水（Decant）”程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧—厌氧”的反复中完成除磷。各过程的历时和相应设备的运行均按事先编制的程序运行，并可调整程序，由计算机集中自控[6]。4.3.A/A/O工艺厌氧/缺氧/好氧活性污泥法（A/A/O-Anaerobic/Anoxic/Oxic）是活性污泥法的一种。A/A/O工艺是在70年代，由美国的一些专家在厌氧-好氧（An-O）法脱氮工艺的基础上开发的，其宗旨是开发一项能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。A/A/O及其变形工艺以其流程简单、运行管理方便、且能同时兼顾除磷脱氮要求等优点成为当前城市污水处理的主流工艺之一。国内选用A/A/O及其变形工艺的污水处理厂较多，在实际运行过程中发现氮、磷去除矛盾突出，出水水质中氮、磷两项指标难以同时达标平[3]。处理效率高，一般能达到：BOD5和SS为90%～95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂[2]。4.4.SBR工艺序批式活性污泥法（SBR-SequencingBatchReactor）也称“间歇式活性污泥法”，是活性污泥法的一种。活性污泥法是应用最广泛的技术。活性污泥法于1914年开创于英国的曼彻斯特，至今已有90多年的历史。该法在开创之初，运行方式并不是现在的连续式处理法，当时试验也证明间歇式运行方式的效果优于连续式。我国于80年代中期开始对SBR进行研究，迄今应用已比较广泛。目前，许多城市及工厂企业的污水处理厂采用SBR法工艺。SBR技术与传统污水处理工艺不同，采用分批式操作，间歇式曝气、静置理想沉淀。SBR处理工艺的过程是按时序分五个阶段：进水、曝气、沉淀、排水、待机。SBR处理工艺具有以下特点：（1）在时间上的理想推流与空间上的完全混合使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。（2）SBR处理法池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击，可以维持较高的污泥浓度，并且具有很强的抗冲击负荷能力。（3）SBR处理法运行过程中适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。（4）SBR处理法处理工程中