市政污水處理過程中生化系統(tǒng)優(yōu)化研究

宋建昕

0 引言

在現(xiàn)代科技發(fā)展的支撐下，我國市政污水處理系統(tǒng)建設日臻完善，其中的生化系統(tǒng)配套，實現(xiàn)了較高的污水處理效率。但是面對國家生態(tài)城市建設的緊迫任務，為了追求精益求精，市政污水處理構(gòu)成中的生化系統(tǒng)優(yōu)化仍舊十分重要，應在既有工作的基礎(chǔ)上采取更加有效的運行手段，以滿足人們生產(chǎn)生活和環(huán)境保護的雙重需求，相關(guān)方面的課題研究備受關(guān)注。

1 市政污水處理過程中生化系統(tǒng)的概述

所謂污水生化處理即是指生物化學處理的簡稱，是現(xiàn)代市政污水處理重要的工藝手段，這里所講的生化處理屬于二級處理，包括生物膜法、活性污泥法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等，其中活性污泥法最為常見，可有效去除市政污水中的不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物等，最終實現(xiàn)水體凈化的目的。迄今為止，已知的污染物高達十萬種之多，其中存在大量的有機物，可被微生物轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)進行吸收，產(chǎn)生簡單的有機物或無機物，可起到很好的廢水凈化效果。據(jù)科學實驗證明，作為一個整體，微生物分解有機物的能力是相當驚人的，幾乎可完成對自然界中所有存在有機物的分解，包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等，可繼而生成細胞物質(zhì)或水分、二氧化碳等。事實上，在現(xiàn)代科技發(fā)展的支持下，市政污水處理過程中生化系統(tǒng)可在人工條件下進一步強化，通過創(chuàng)造一個適合微生物繁殖、生長的環(huán)境，促進其大量增殖，對有機物的分解效率更高，通過其氧化降解作用，滿足國家污水處理標準要求。同時，相較于其他工藝，污水生化處理還具有能耗低、成本低、效果好以及避免二次污染等優(yōu)勢，在市政污水處理中的應用尤其廣泛。

2 市政污水處理過程中生化系統(tǒng)的主要技術(shù)

2.1 好氧生物處理法

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，市政污水處理過程中生化系統(tǒng)的好氧生物處理又分為活性污泥法和生物膜法兩種。其中，活性污泥法主要是利用曝氣池中的懸浮流動活性污泥進行有機物的降解。在具體的操作過程中，將空氣不斷通入富含有機污染物和細菌的廢水曝氣池中，在經(jīng)過一段時間的生物化學作用之后，產(chǎn)生了懸浮狀態(tài)的絮狀泥粒，即“活性污泥”。之后，混合有污水和活性污泥的液體從曝氣池流經(jīng)沉淀池，實現(xiàn)分離，其中清水被排放，污泥則重新回流如曝氣池中，經(jīng)過循環(huán)反復，最終達到市政污水凈化的目的。據(jù)科學實驗數(shù)據(jù)顯示，當曝氣池中市政污水停留在4-6小時之后，有機物的降解率可達90%甚至以上。生物膜法則是依靠固著于載體表面的微生物膜分解有機物。實際上，微生物附著在碎石、煤渣、塑料等固體填料上大量繁殖，形成了由菌膠團、真菌、藻類和原生動物組成的污泥狀生物膜，可有效吸附并降解污水中的有機物，衰老之后伴隨著處理后的污水流入沉淀池進行分離。相較于活性污泥法，生物膜法對市政污水水質(zhì)、水量的變化適應性更強，而且操作穩(wěn)定性好，但由于活性生物難以人為控制，導致其運行靈活性較差，同時需要較多的載體填料和支撐架構(gòu)，建設投資相對較大，由此產(chǎn)出的處理水通常還會伴有較大的脫落生物膜片，因而活性污泥法的應用更加廣泛。

2.2 厭氧生物處理法

根據(jù)微生物生化反應中的需氧與否，可分為好氧生物和厭氧生物兩種存在形態(tài)。所謂厭氧生物處理法，即是指在無氧的條件下，利用厭氧微生物的特性降解市政污水中有機物的處理方法。近年來，隨著人類社會發(fā)展，大量的生產(chǎn)生活消耗，使得能源危機越發(fā)嚴峻，并成為一項世界性課題，市政污水處理的節(jié)能化、能源化發(fā)展，成了這個時代的主流，極大推進了厭氧微生物處理工藝的發(fā)展，在生化系統(tǒng)中的作用愈加突出。在這樣的環(huán)境背景下，越來越多的厭氧微生物反應器被研制出來，如厭氧生物濾池、升流式厭氧污泥床、厭氧硫化床等等，均注入了很高濃度的生物團體，且泥齡很長，因而表現(xiàn)出了較強的市政污水處理能力，且相應的能耗較小、剩余污泥量少，所產(chǎn)生的污泥穩(wěn)定性較差，尤其對高濃度有機污水的處理效果佳。厭氧微生物法的處理過程大致分為四個階段，即水解階段、發(fā)酵階段、乙酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。其中，水解階段利用水解細菌將不溶性有機物轉(zhuǎn)化為可溶性有機物，同時通過細菌胞外酶將高分子可溶性有機物轉(zhuǎn)化為小分子有機物，之后在酸化菌的生物化學作用下轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物，繼而在乙酸階段轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、碳酸等，最終通過化學反應在產(chǎn)甲烷階段轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳及其他的新細胞物質(zhì)，并且最后階段是影響市政污水處理過程中生化系統(tǒng)降解速率的限制性階段。

3 市政污水處理過程中生化系統(tǒng)的注意事項

3.1 溫度

市政污水處理過程中生化系統(tǒng)作用，主要依托于微生物的培養(yǎng)工作，其中溫度的影響作用至關(guān)重要。事實上，溫度在很大程度上直接影響著活性污泥中微生物的活性，同時還對溶解氧、曝氣量等有一定的影響作用，繼而決定著生化系統(tǒng)的反應速率。因此，市政污水處理中，對生化系統(tǒng)反應各個運行階段的溫度測量和分析，是提高生化污泥馴化培養(yǎng)質(zhì)量的重要將信息依據(jù)，有助于操作人員對系統(tǒng)運行做出正確判斷，并及時采取有效處置措施，是生化系統(tǒng)優(yōu)化的必然選擇。據(jù)科學實驗表明，不同微生物生長環(huán)境溫度需求有所差異，大致在5-80度范圍以內(nèi)，并由此可劃分為中溫性微生物、好熱性微生物和好冷性微生物等。其中，中溫性微生物的最佳生長溫度為20-45度，好熱性微生物的最佳生長溫度為45-80度，好冷性微生物的最佳生長溫度為5-20度。同時，在整個市政污水生化處理系統(tǒng)中，好氧生物多以中溫細菌為主，在20-37度的溫度環(huán)境空間生長繁殖率高。當溫度超過微生物的可承受極限時，勢必會導致其蛋白質(zhì)變性，且破壞其酶系統(tǒng)，從而導致為微生物的活性喪失，嚴重時可能會造成死亡。而當微生物處于低溫時，雖然不會危及其生命力，但仍舊會降低其代謝活力，生長繁殖進入停止狀態(tài)。因此，市政污水生化處理系統(tǒng)的溫度控制尤其重要。

3.2 pH值

除了溫度之外，影響市政污水生化處理系統(tǒng)反應速率及效果的另一個重要因素是pH值。不同微生物的pH值適應范圍存在明顯差異，常規(guī)在4.0-10.0之間。在人們以往的生物化學研究中得出，氧化硫化桿菌喜歡酸性環(huán)境，最適pH值為3.0；酵母菌、霉菌則喜歡偏酸性環(huán)境，最適pH值為3.0-6.0；其他多數(shù)細菌則適合pH值為6.5-7.5的中性和偏堿性環(huán)境。活性污泥法下的市政污水生化處理系統(tǒng)，當曝氣池混合液的pH值達到9.0時，原生動物將逐步陷入呆滯狀態(tài)，隨著菌膠團黏性物質(zhì)的解體，導致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效率亦會有大幅降低。事實上，業(yè)已馴化成熟的生化系統(tǒng)，其負荷耐沖擊能力表現(xiàn)較佳，但是一旦pH值出現(xiàn)大幅度的波動，則勢必會影響反應器的效率，嚴重時可能會造成微生物毒性，從而導致反應器失效。在此過程中，細胞電荷可能會隨著pH值的變化而變化，進而降低到了微生物代謝中酶的活性，對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力下降。因此，要緊密關(guān)注市政污水處理過程中生化系統(tǒng)的pH值變化，根據(jù)微生物的種類特點，為之提供最佳的PH生長環(huán)境，以保證其在最優(yōu)的條件下運行。

4 結(jié)語

總而言之，市政污水處理過程中的生化系統(tǒng)優(yōu)化十分重要和必要，在具體的實踐過程中，應了解不同工藝方法的優(yōu)缺點，結(jié)合實際情況實現(xiàn)最優(yōu)選，并注重營造良好的溫度環(huán)境和PH環(huán)境，提高微生物反應活性，可滿足更大量的污水處理需求，并實現(xiàn)低能耗、低成本等要求。作者希望學術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注此類課題研究，結(jié)合實際情況，從不同維度視角切入，針對性地提出更多有效市政污水處理過程中生化系統(tǒng)優(yōu)化建議，提升市政污水處理能力，滿足城市現(xiàn)代化建設與生態(tài)環(huán)境保護需求。