活性污泥基本原理及凈化過程
活性污泥法實(shí)質(zhì)上是天然水體自凈作用的人工強(qiáng)化，能從污水中去除溶解態(tài)和膠體態(tài)的可生物降解有機(jī)物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他物質(zhì)，具有對水質(zhì)水量的適應(yīng)性廣、運(yùn)行方式靈活多樣、可控制性好等特點(diǎn)，已成為生物處理方法的主體。
一、基本原理
活性污泥是由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物群體與污水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的、具有很強(qiáng)的吸附分解有機(jī)物能力和良好沉降性能的絮絨狀污泥顆粒，因具有生物化學(xué)活性，所以被稱為活性污泥。
活性污泥的性狀
從外觀上看，活性污泥是像礬花一樣的絮絨顆粒，又稱生物絮凝體，絮凝體直徑一般為0.02——0.2 mm,在靜置時(shí)可立即凝聚成較大的絨粒而下沉?；钚晕勰嗟念伾蛭鬯|(zhì)不同而異，一般為黃色或茶褐色，供氧不足或出現(xiàn)厭氧狀態(tài)時(shí)呈黑色，供氧過多營養(yǎng)不足時(shí)星灰白色，略顯酸性，稍具土壤的氣味并夾帶-些霉臭味。活性污泥含水率很高，一般都在99%以上，其比重因含水率不同而異，曝氣池混合液相對密度為1.002——1.003，而回流污泥相對密度為1.004——1.006.活性污泥表面積一般為20—— 100 cm2/mL。
活性污泥的組成
活性污泥中的固體物質(zhì)不到1%，由有機(jī)物和無機(jī)物兩部分組成，其組成比例則因原污水性質(zhì)不同而異。有機(jī)組成部分主要為棲息在活性污泥中的微生物群體，還包括入流污水中的某些惰性的難被細(xì)菌攝取利用的所謂“難降解有機(jī)物”、微生物自身氧化的殘留物?；钚晕勰辔⑸锶后w是一個(gè)以好氧細(xì)菌為主的混合群體，其他微生物包括酵母菌、放線菌、霉菌以及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等，正?；钚晕勰嗟募?xì)菌含量一般為107——108 個(gè)/mL，原生動(dòng)物為100個(gè)/mL左右。在活性污泥微生物中，原生動(dòng)物以細(xì)菌為食，而后生動(dòng)物以原生動(dòng)物、細(xì)菌為食，它們之間形成一條食物鏈，組成了一個(gè)生態(tài)平衡的生物群體?；钚晕勰嗉?xì)菌常以菌膠團(tuán)的形式存在，呈游離狀態(tài)的較少，這使細(xì)菌具有抵御外界不利因素的性能。游離細(xì)菌不易沉淀，但可被原生動(dòng)物捕食，從而使沉淀池的出水更清澈。活性污泥的無機(jī)組成部分則全部是由原污水挾入，至于微生物體內(nèi)存在的無機(jī)鹽類，由于數(shù)量極少，可忽略不計(jì)。總之，活性污泥由下列四部分物質(zhì)所組成:①具有代謝功能活性的微生物群體(M);②微生物(主要是細(xì)菌)自身氧化殘留物(M);③由原污水挾入的難生物降解有機(jī)物(M;);④由原污水挾入的無機(jī)物質(zhì)(M;)。其中活性微生物群體是活性污泥的主要組成部分。
二、活性污泥凈化反應(yīng)過程
活性污泥凈化反應(yīng)過程比較復(fù)雜，既有活性污泥本身對有機(jī)污染物的吸附、絮凝等物理、化學(xué)或物理化學(xué)過程，也有活性污泥內(nèi)微生物對有機(jī)污染物的生物轉(zhuǎn)化、吸收等生物或生物化學(xué)過程，大致可以分為以下兩個(gè)階段。
初期吸附去除階段
在污水與活性污泥接觸、混合后的較短時(shí)間(5——10 min)內(nèi)，污水中的有機(jī)污染物，尤其是呈懸浮態(tài)和膠體態(tài)的有機(jī)物，表現(xiàn)出高的去除率，這種初期高速去除現(xiàn)象是物理吸附和生物吸附綜合作用的結(jié)果。在此過程中，混合液中有機(jī)底物迅速減少，BOD迅速降低，見圖2中吸附區(qū)曲線。這是由于活性污泥的表面積大，并且在表面上富集著大量的微生物，外部覆蓋著多糖類的黏質(zhì)層，當(dāng)污水中懸浮態(tài)、膠體態(tài)的有機(jī)底物與活性污泥絮體接觸時(shí)，便被迅速凝聚和吸附去除。這種現(xiàn)象就是“ 初期吸附去除”作用。
初期吸附過程進(jìn)行得很快，一般在30 min內(nèi)便能完成，污水BOD的吸附去除率可達(dá)70%，對于含懸浮態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物較多的污水，BOD可下降80%——90%。初期吸附速度主要取決于微生物的活性和反應(yīng)器內(nèi)水力擴(kuò)散程度與水力動(dòng)力學(xué)規(guī)律，前者決定活性污泥微生物的吸附、凝聚效能，后者則決定活性污泥絮體與有機(jī)底物的接觸程度?；钚晕勰辔⑸锏母呶交钚匀Q于較大的比表面積和適宜的微生物增殖期，一般而言，處于“饑餓”狀態(tài)的內(nèi)源呼吸期微生物，其吸附活性最強(qiáng)。
代謝穩(wěn)定階段
被吸附在活性污泥微生物細(xì)胞表面的有機(jī)污染物，在透膜酶的作用下，溶解態(tài)和小分子有機(jī)物直接透過細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，而膠體態(tài)和懸浮態(tài)的大分子有機(jī)物如淀粉、蛋白質(zhì)等則先在細(xì)胞外酶一水解酶的作用 下，被水解為溶解態(tài)小分子后再進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，此時(shí)水解產(chǎn)生的部分溶解性簡單有機(jī)物會(huì)擴(kuò)散到混合液中，造成混合液BOD值升高，如圖2中胞外水解區(qū)曲線所示。進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)的有機(jī)污染物，在各種胞內(nèi)酶(如脫氫酶、氧化酶等)的催化作用下，被氧化分解為中間產(chǎn)物，有些中間產(chǎn)物合成為新的細(xì)胞物質(zhì)，另一些則氧化為穩(wěn)定的無機(jī)產(chǎn)物，如CO2和H2O等，并釋放能量供合成細(xì)胞所需，這個(gè)過程即物質(zhì)的氧化分解過程，也稱穩(wěn)定過程。在此過程中，不穩(wěn)定的高分子有機(jī)物質(zhì)通過生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為簡單穩(wěn)定的低分子無機(jī)物質(zhì)，混合液BOD逐漸降低， 如圖2中胞內(nèi)生物氧化區(qū)曲線所示。穩(wěn)定過程所需時(shí)間取決于有機(jī)物的轉(zhuǎn)化程度，要比吸附過程長得多。
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