水处理技术之--废水处理的基本知识

废水的生化培养过程是一项复杂的工作。其理论基础涵盖物理学、无机化学、有机化学、微生物学、流体力学等诸多学科，虽然最早的活性污泥过程已有近百年的历史。然而，许多理论在学术界仍无定论。因此，在本项目的废水生化处理过程中，经营者和管理者必须在深入的理论研究的基础上，结合公司废水的具体情况，不断探索和实践生化培养过程，并实现了系统的正常运行。在保证废水达标的前提下，提高其理论深度，丰富其实践经验，完成技术储备。

废水生化处理的调试主要是在微生物培养的基础上进行的，根据微生物的好氧条件可分为好氧处理、同步好氧处理和厌氧处理，根据微生物的生长形态可分为活性污泥法和生物膜法。根据废水和微生物的形态，可分为完全混合型、序批式等，而反应器的形式又可分为更多的类型。

1、温度

温度在生化培养过程中起着重要的作用。各个生化反应系统和各个运行阶段的温度的测量和分析仍然对生化污泥的驯化和培养过程起着指导作用，并帮助管理者和运营者对系统的运行和管理做出正确而及时的判断。

温度极大地影响活性污泥中的微生物活性程度(包括厌氧、兼性和好氧)以及诸如溶解氧、通气等的影响，同时影响生化反应的速率。不同类型的微生物在不同的温度范围内生长。根据微生物适应的温度范围，微生物可分为三类：中温、高热、高寒。中温微生物的生长温度为20～45℃，低温好微生物在20℃以下，高温好微生物在45℃以上。

一般废水处理中主要是中等温度的细菌进行生物需氧生物处理，生长和繁殖的最佳温度为20℃~37℃。当温度超过最高生物生长温度时，会迅速使微生物的蛋白质变性，破坏酶系统，失去活性。在严重的情况下，微生物会死亡。低温会降低微生物的代谢活性，进而停止生长繁殖，但仍保存其生命力。厌氧生物处理中温甲烷细菌的最佳温度范围在20℃至40℃之间，高温为50℃~60℃。厌氧生物处理通常使用33℃~38℃和50℃~57℃的温度。

2、pH值

不同的微生物具有不同的pH适应范围。例如，细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH值从4到10不等。大多数细菌适合于中性和碱性环境(pH6.5至8.5)，硫化物氧化剂喜欢生活在最适pH值为3的酸性环境中，也可以生活在pH值为1.5的环境中。大多数细菌适合于中性和碱性环境(pH6.5~7.5)。酵母和霉菌需要生活在酸性或酸性环境中。最适pH值为3.0和6.0，最适pH值为1.5~10。

在废水生物处理过程中，维持最佳pH值范围是非常重要的。采用活性污泥法处理废水，当曝气池中混合物的pH值达到9.0时，原生动物由活性变为停滞，细菌胶束的粘性物质解体，活性污泥的结构遭到破坏，处理效率明显下降。当进水pH值突然降低时，曝气池混合液呈酸性，活性污泥结构发生变化，二沉池中出现大量浮泥。

成熟的生物系统具有很强的抵抗冲击负荷的能力，但如果pH值在很大范围内变化，将影响反应堆的效率，甚至对微生物造成毒性，导致反应堆失效因为pH值。这种变化可能导致细胞电荷的变化，进而影响微生物对营养物质的吸收和微生物代谢中酶的活性。

3、化学需氧量(COD)

COD的测定方法严格符合污水水质分析的国家标准检验方法。化学需氧量(COD)是指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时消耗的氧化量，以氧(mg/L)表示。化学需氧量越高，水中的有机污染物就越多。

常用的氧化剂是重铬酸钾和高锰酸钾。如果废水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量与生化需氧量之间存在一定的比例关系。一般来说，重铬酸钾的化学需氧量与第一阶段的生化需氧量之间的差别可以粗略地表示为不能被好氧微生物分解的有机物。

COD的测试和分析是废水处理调试操作的重要部分。一方面，它可以掌握每个处理单元在进水过程中的进水流量，确保进水口的稳定性，不会对系统造成大的波动和影响;通过改变处理单元之前和之后的水中的COD，已知处理单元的处理效果和效率。其重要作用可归纳为以下三点：

1) 提供详细的进水和出水浓度，使管理人员能根据浓度变化相应地调整运行条件，保证污水处理系统的正常稳定运行；

2)作为重要的技术指标，反映各加工单位的运作和加工效率；

3)为系统中各种现象和异常的分析、判断和合理解释提供依据。

4、活性污泥的生物相

活性污泥的生物相观察在废水的生化处理中起着极其重要的作用。它不仅反映了微生物培养和污泥驯化的程度，而且直接反映了废水的处理情况。活性污泥是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等微生物组成的混合体。

细菌具有高增殖率和强有机物分解功能，真菌也具有分解有机物的能力。原生动物主要以游离细菌为食，进一步净化水。后生动物主要是原生动物。

利用光学显微镜可以观察丝状真菌、原生动物和后生动物的生物相。通过对丝状真菌种类和数量的观察和鉴定，可以判断污泥的质量和处理后的水质。因此，原生动物和后生动物被称为活性污泥系统中的指示生物。

除了活性污泥的宏观指标外，污泥的微生物指标，即污泥的生物相，可以用普通光学显微镜观察。生物量观测由两部分组成：一部分是观察指示性生物(如原生动物和元动物)的数量和种类的变化。活性污泥中存在不同质量的指示生物。通过对指示性生物的观察，可以间接评估活性污泥的质量。

另一部分是观察活性污泥中丝状菌的数量。不同质量的活性污泥中丝状菌的数量是不同的，通过测量丝状菌的数量，也可以间接反映活性污泥的质量。

(1) 指示性生物观察：对于特定的污水处理系统，当活性污泥系统正常运行时，生物相基本稳定。如果有变化，表明活性污泥的质量发生了变化。应采取进一步的观察和治疗措施。微生物种类繁多，命名方法也十分复杂。从实际出发，操作人员应熟练掌握活性污泥中最常见的微生物指示菌：阿米巴、鞭毛虫、草履虫、钟虫、线虫等。这些微生物中是否有一个或多个是占主导地位的，其比例将取决于该过程的运行状态。

在活性污泥培养的早期阶段，活性污泥很少或没有。这时，在显微镜检查中会出现大量的变形虫。当变形虫占优势时，对污水基本上没有处理效果。

超高负荷活性污泥系统中以鞭毛虫为主，出水水质较差。然而，在活性污泥培养过程中，鞭毛虫的出现和优势表明活性污泥已经形成并向良性方向发展。中负荷活性污泥中以草履虫为主。此时活性污泥处理效果良好。污泥发育正常，具有良好的沉淀性能和生物活性，出水水质良好。

在低负荷时滞曝气活性污泥系统中，轮虫和线虫将占主导地位，大量针状絮凝剂可能在流出物中携带。大量轮虫和线虫显示活性污泥正常。如果发现钟虫不活动，则往往表示曝气不足。如果有铃虫等原生动物死亡，则表示有毒素进入曝气池。

在大量时钟昆虫存在的情况下，线虫数量大，活性强，可能使污泥松散。如果钟虫数量减少，而蠕虫数量增加，则存在污泥膨胀的潜在风险。显微镜检查发现，原生动物种类很少，许多原生动物表明污泥已经膨胀。如果发现一条铃虫活动，就可以清楚地看到体内的食物气泡，说明污水处理的程度很高，DO就足够了。

如果二次沉淀池中有大量的水蚤(鱼和昆虫)，则体内的血红蛋白很低，说明溶解氧很高，而当水蚤的颜色很红时，表明出水几乎没有溶解氧。当轮虫数量急剧增加时，表明污泥老化，结构松散解体，污泥排出需要加强。

(2) 丝状细菌的观察：在活性污泥系统中，丝状细菌越少越好，因为丝状细菌在污泥絮体中起骨架作用。通过显微镜观察丝状细菌的数量，长度和丰度可直接反映该过程的操作。需要补充的是，生物相观察只是一种定性方法。它只能作为运行中物理和化学方法的补充手段。它不能用作过程检测的主要方法。在连续实践中注意积累数据是必要的，并总结了该项目的生物学。

5. 污泥的理化指标(MLSS、MLVSS、F/M和SRT)

1、sv30(污泥沉降比)：污泥沉降比是指在静息30分钟后，在1000毫升气缸内的曝气槽中的混合物，以及污泥体积与混合物的比例，一般使用sv30。

SV30是衡量活性污泥沉降和浓缩性能的指标。对于一定浓度的活性污泥，SV30越小，沉降和浓缩性能越好。正常活性污泥的MLSS浓度为1500~4000 mg/L，SV30一般在15%~30%之间。

2、SVI30(污泥容积指数)：污泥容积指数是指曝气池混合物静止30min后1000ml池中活性污泥1g悬浮固体的体积。常用的SVI30是指ml/g、SVI30与SV30之间存在以下关系：污泥容积指数(即污泥容积指数)：污泥容积指数是指在曝气池中加入混合气30min后，污泥体积指数为1g活性污泥悬浮固体的容积。

SVI30 = SV30 / MLSS×1000沉降比SV与污泥浓度有关。当MLSS较大时，具有相同沉降性能的污泥具有较大的SV。当曝气池中混合物的MLSS变化很大时，SV值无法与历史数据进行比较，反映的污泥情况也会失真。测量SV或SVI的目的是反映二沉池中污泥的沉降和浓度。

SVI不仅是污泥沉降性能的指标，也是污泥吸附性能的指标。一般来说，SVI值越大，沉降性能越差，但吸附性能越好;反之，SVI值越小，沉降性能越好，吸附性能越差。在传统的活性污泥法中，一般认为SVI值在100左右，综合效果最好，过大或过小都不利于提高出水水质。

3、mlss(混合悬浮固体浓度)：指曝气槽中混合污水和活性污泥的混合悬浮固体的数量，以mlss表示，以mg/l表示。它近似于曝气罐中活性微生物的浓度，是操作管理的重要参数。

4、MLVSS(挥发性悬浮固体浓度)：是指混合物中悬浮固体中有机物的含量，用MLVSS表示，它比MLSS更能准确地表示活性污泥微生物的数量。

5、SRT(污泥龄或平均细胞停留时间)：是指活性污泥在整个系统中的平均停留时间，一般用SRT表示：

SRT =活性污泥系统中的总活性污泥/每天从系统排出的活性污泥量=(Ma + Mc + MR)/(Mw + Me)其中Ma是曝气池中的活性污泥污泥量是二沉池中的污泥量; MR是回流系统中的污泥量; Mw是每天排放的剩余污泥量;和Me是每天从二级沉淀池中带走的污泥量。

f/m(污泥负荷)：指在单位时间内，某一处理效果所能维持的活性污泥单位重量有机物的量。单位为kgbod5/kg(mlvss/D)。通常用F/M表示有机负荷，F(饲料?)用于表示进入系统的食物量，m用于表示活性微生物的量，即曝气过程中挥发性固体的量。(另一种：污泥装载)-曝气池中每千克活性污泥每单位时间的五天生化需氧量。它的计量单位通常用千克/千克/天表示。

f/m=q*bod5(每天进入系统的食物量)/mlvss*va(曝气过程中的微生物量)公式：q为流入流量(m3/d);bod5为进入的bod5值(mg/l);va为曝气罐的有效体积(m3);mlvss是曝气池中活性污泥浓度(mg/l)。

6、营养元素

营养元素在工业废水的生化处理中起着重要的作用。根据其细胞组成和代谢特性，生物培养的微生物在生长繁殖过程中需要一定数量的营养元素，主要是氮和磷。因此，在工业废水的生物培养过程中，需要有规律地添加营养物质，以保证废水中有足够的氮和磷。

BOD：N：P=100：5：1，是好氧生化系统的比例，在好氧生化培养中，氮的缺乏会导致丝状或分散的微生物种群，从而导致沉降性能差。此外，氮的缺乏使得新细胞很难形成，而旧细胞继续去除BOD物质，导致排泄过多的副产物-绒毛柳絮，这些都具有较差的沉淀性能。

根据经验，从废水中每100千克BOD需要5千克氮和1千克磷。在许多条件下，氮以氨的形式存在，磷以磷酸的形式加入废水中。细菌需要氮来产生蛋白质，并且需要磷来产生分解废水中有机物的酶。通常，细菌可以容易地使用氨氮。处理工业废水时，如果废水中氮含量低，则不能满足微生物的需要，还应加入尿素，硫酸铵，粪肥等氮营养。

细菌在微生物中需要更多的磷。在工业废水中，需要添加磷元素，如磷酸钾和磷酸钠。

7、BOD5

bod5的试验方法严格遵循国家废水水质分析标准试验方法。需氧微生物分解水中有机污染物所需的氧量称为生化需氧量(以mg/l为单位)。它反映了有氧条件下水中可生物降解有机物质的数量。生化需氧量越高，水中有氧有机物越多。

好氧微生物降解有机污染物的过程可分为两个阶段：第一阶段是有机物转化为二氧化碳、水和氨的过程;第二阶段是氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。污水的生化需氧量通常仅指第一阶段有机生物氧化所需的氧气量。

微生物的活性与温度有关。20℃通常用作测定生化需氧量的标准温度。一般来说，生活污水中的有机物基本上需要20天左右的时间才能基本完成第一阶段的分解和氧化过程，即确定第一阶段的生化需氧量至少需要20天。这在实际工作中是困难的。

目前，5天被用作测量生化需氧量的标准时间，这被称为5天生化需氧量(由BOD5表示)。根据实验研究，一般有机物质的5天生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70%。对于其他工业废水，他们的5天生化需氧量和第一阶段生化需氧量。差异可以更大或更近，并且不能一概而论。

生化需氧量的检测与分析在污水处理工程中具有重要意义。BOD/COD值可以反映废水的可生化性。生化需氧量(BOD/COD)越高，废水的可生化性越强，生物处理方法越适用。废水的理化预处理单元和厌氧生物反应对提高废水的生物降解能力，进而提高好氧生化系统的处理效率和效果起着至关重要的作用。

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