城鎮污水生化處理系統工藝優化研究

尹 莉

（天津銳創環保工程有限公司，天津 300393）

當前，隨著科技的飛速發展，我國的城鎮污水處理系統也在不斷完善，其中，配套的生化系統可顯著提升污水的處理效率。然而，面對國家生態城市建設的緊迫任務，為了更有效地處理城鎮污水，進一步優化生化系統的組成仍然非常關鍵，這需要在原有的工作基礎上，應用切實可行的運行方式。由此，這方面的課題研究得到了社會各界的廣泛關注[1]。

1 污水處理技術的價值與作用

1.1 有效改善生態環境

城鎮污水如果不經過合格處理就直接排放，不僅會影響人們的日常生活以及身體健康，還會對城市環境造成破壞。因此，可將污水處理技術應用到環境工程中，這樣既可以有效改善城市環境，又可以使城市環境變得更美好。眾所周知，水資源對人類的生產生活有著至關重要的作用，而社會的發展也同樣離不開水資源的支持，這是推動經濟持續發展的必要條件。通常，應用污水處理技術對污水進行凈化處理，可有效將其中的有害物質去除，且處理過后的水資源可以二次利用。這樣不僅可以節約水資源，還可以促進生態環境的可持續發展。

1.2 避免產生不必要的資源浪費

雖然地球上蘊含著大量的水資源，但可供人們正常使用的淡水資源卻非常稀少。而且，由于氣候特征和地形地貌，我國的水資源并不是很充足，再加上污染情況的加重，目前已出現了水資源短缺的情況。為了有效改善這一情況，就需要減少不必要的水資源浪費。所以，節約水資源，保護環境勢在必行[2]。隨著城市化建設的步伐不斷加快，城市的水環境污染問題越來越突出，因此，面對水資源環境保護中出現的問題，污水生化處理技術可以對受污染水體進行有效處理，從而使水資源的污染情況得到極大改善。同時，這種技術還可以去除污水中含有的有害物質或雜質，提升污水的純凈度，使經過處理的污水能滿足工業生產以及日常生活的標準，這對水資源短缺的現象起到了一定的緩解作用。

2 城鎮污水處理過程中生化系統概述

污水生化處理就是生物化學處理的簡稱，也是現代污水處理中的一種關鍵的工藝手段，此處講的生化處理是二級處理，主要包括土地處理法、穩定塘法、活性污泥法、生物膜法等。其中，最常見的是活性污泥法，該方法能將城鎮污水中的不可沉淀與溶解性懸浮物生物降解為有機物等，最后可實現對水體的有效凈化[3]。截至目前，我們所知道的污染物就高達十萬多種，其中，還有很多有機物存在，而微生物可將其轉化成營養物質并吸收，進而產生簡單的無機物或有機物，最終生成二氧化碳和水，從而實現了對廢水有效凈化目的。

根據相關實驗證明，微生物作為一個整體，有著十分驚人的有機物分解能力，其能分解自然界中幾乎所有的有機物質，包括蛋白質、碳水化合物、脂肪等。實際上，隨著現代科技的飛速發展，在城鎮污水處理中，生化系統能夠在人工條件下得以有效強化，并通過創造一個適合微生物生長和發展的環境，確保其大量繁殖，從而提升有機物的分解效率。同時，在氧化降解的作用下，可以更好地符合國家污水處理標準的要求[4]。此外，污水生化處理與其他工藝相比，突出的優勢是成本與能耗較低、效果理想、可防止二次污染，為此，在城鎮的污水處理中得到了廣泛應用。

3 污水處理過程中生化系統的主要技術

3.1 好氧生物處理法

在現有的技術條件下，城鎮污水處理中生化系統的好氧生物處理又可分為兩類，即生物膜法與活性污泥法。其中，活性污泥法主要通過曝氣池中的懸浮流動活性污泥降解有機物。在實際操作中，空氣持續被引入富含有機污染物與細菌的廢水曝氣池，在經過一段時間的生化作用后，會產生懸浮絮狀污泥顆粒，也就是“活性污泥”，然后，混合污水與活性污泥的液體會由曝氣池流過沉淀池進行分離，其中會排放清水，污泥會重新向曝氣池中回流，通過往復循環，最后有效實現了城鎮污水的凈化目的。通過科學實驗數據表明，城鎮污水若在曝氣池中停留超過4～6 h，其中有機物的降解率就能夠超過90%。而生物膜法主要也是依靠附著在載體表面的微生物膜對有機質進行分 解[5]。

在實際應用中，微生物會在塑料、煤渣和碎石等固體填料上附著并得以大量繁殖，然后形成了由真菌、藻類、菌膠團、原生動物組成的污泥狀生物膜，由此對污水中的有機物進行有效吸附與降解，在衰老后會同處理后的污水進入沉淀池進行分離。生物膜法與活性污泥法相比，其對城鎮污水的水質和水量變化有更強的適應性，且有良好的操作穩定性，但因活性生物人為控制較難，所以使其沒有較強的運行靈活性，同時，也需要很多的載體填料與支撐架構，其建設投資量較大。

3.2 厭氧生物處理法

結合微生物生化反應中對氧的需要與否，可將其分成厭氧、兼氧與好氧三類生物。厭氧生物處理法就是在無氧的條件下，通過利用厭氧微生物的特性將城鎮污水中的有機物進行降解的一種有效的處理方式。近些年，由于我國社會經濟與科技的飛速發展，大量的生產生活消耗導致了嚴峻的能源危機，并且，已然成為一項世界性的難題，而城鎮污水處理的能源化與節能化的發展逐漸成為了這個時代的主流，在很大程度上更好地促進了厭氧微生物處理工藝的發展，并且，在生化系統中也有著更加顯著的作用。所以，在此環境背景下，研究出了更多的厭氧微生物反應器，比如，厭氧流化床、升流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池等，都是將高濃度的生物團注入其中，并且有很長的污泥齡，對于處理城鎮污水的能力較強，能耗也很小，并且剩余污泥量較少，特別是在高濃度的有機污水中，有著更加理想的處理效果。

而厭氧微生物法在處理中，大概可分成水解階段—發酵階段—乙酸化階段—產甲烷階段。其中，水解階段是通過水解細菌把不溶性的有機物向可溶性有機物轉化，并且，通過細菌胞外酶把高分子可溶性有機物向小分子有機物轉化，隨后，在酸化菌生物化學作用下轉換成更加簡單的化合物，并在乙酸階段轉化成碳酸和乙酸等，最后，通過化學反應在產甲烷階段轉化成二氧化碳、甲烷和其他的新細胞物質，且最后階段為生化系統降解速率的限制性階段[6]。

4 城鎮污水處理過程中生化系統的注意事項

4.1 溫度

城鎮污水處理中的生化系統作用主要是依賴于微生物的培養工作，其中，最關鍵的是溫度影響。實際上，溫度會在一定程度上直接影響活性污泥中微生物的活性，并且也能夠對曝氣量和溶解氧等存在一定影響，最終也對生化系統的反應速率起著決定性作用。所以，在城鎮污水處理中，生化系統反應的各個運行階段的溫度測量與分析是提高生化污泥馴化培養質量的關鍵依據，這有益于操作人員正確判斷系統的運行，然后應用切實可行的處置措施，這也是優化生化系統的必然選擇。根據有關科學實驗得知，不同微生物的生長環境對溫度也有著不同的需求，大概在5～80 ℃內，因此，可將微生物劃分為好冷性微生物、好熱性微生物以及中溫性微生物等[7]。

其中，中溫性微生物最理想的生長溫度是20～45 ℃，而好熱性微生物最理想的生長溫度是45～80 ℃，好冷性微生物最理想的生長溫度是5～20 ℃。在整個城鎮污水生化處理系統中，好氧生物大多以中溫細菌為主，而20～37 ℃的溫度環境空間可以使其有更高的生長繁殖率[8]。而當溫度超出微生物能承受的極限時，一定會使蛋白質變性，且會使酶系統被破壞，進而使微生物活性喪失，嚴重時會導致微生物死亡。當微生物處在低溫環境下，盡管不會對其生命力帶來危害，但會使其代謝活力降低，進而會使其生長繁殖進入停滯狀態。所以，控制好城鎮污水生化處理系統的溫度十分關鍵。

4.2 pH值

除溫度外，影響城鎮污水生化處理系統反應速度和效果的另一個關鍵因素是pH值。在實際應用中，不同微生物的pH適應范圍存在顯著差異，常規在4.0～10.0間。在以往的生化研究中，發現氧化硫桿菌喜歡酸性環境，最適合于pH值為3.0；酵母和霉菌也喜歡酸性環境，最理想的pH值為3.0～6.0；而其他細菌適合于pH值為6.5～7.5的中性和堿性環境。需要注意的是，在城鎮污水生化處理系統中應用活性污泥法時，當曝氣池中混合物的pH值達到9.0時，原生動物將逐漸陷入停滯狀態，且隨著菌膠團黏性物質的解體，會破壞其內部結構，會降低處理效率[9]。實際上，馴化成熟的生化系統具有較好的負荷和抗沖擊能力，但一旦pH值波動較大，就一定會影響反應器的效率，嚴重時可能會造成微生物有毒性，進而使反應器的功能失效。在此過程中，細胞電荷可能會隨pH值的改變而出現改變，從而使微生物代謝中酶的活性被降低，最后降低了營養物質的吸收力。所以，我們應重視城鎮污水處理中生化系統的pH值變化，要結合微生物的種類特點，向其提供最理想的pH生長環境，從而確保其可以在最優的條件下穩定運行[10]。

5 結語

綜上所述，城鎮污水處理中生化系統的優化非常必要與重要，所以，在實踐中，需要了解不同工藝方法的優缺點，并根據具體情況來選擇最優的工藝。同時，在城鎮污水生化處理系統的實際應用過程中，要重視營造良好的溫度環境與pH環境，以此有效提升微生物的反應活性，且最大程度滿足更大量的污水處理需求，還要盡可能實現低成本與低能耗的要求。因此，學術界應對這類課題進行持續關注與研究，并根據具體實況，有針對性地提出更多的有利于城鎮污水處理中生化系統的優化建議，從而更好滿足城鎮現代化建設以及生態環保的相關要求。