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活性污泥的基本原理及净化过程

一、基本原理


活性污泥是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等微生物群体与污水中的悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的、具有很强的吸附分解有机物能力和良好沉降性能的絮绒状污泥颗粒,因具有生物化学活性,所以被称为活性污泥。


活性污泥的性状



从外观上看,活性污泥是像矾花一样的絮绒颗粒,又称生物絮凝体,絮凝体直径一般为0.02——0.2 mm,在静置时可立即凝聚成较大的绒粒而下沉。活性污泥的颜色因污水水质不同而异,一般为黄色或茶褐色,供氧不足或出现厌氧状态时呈黑色,供氧过多营养不足时星灰白色,略显酸性,稍具土壤的气味并夹带-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异,曝气池混合液相对密度为1.002——1.003,而回流污泥相对密度为1.004——1.006.活性污泥表面积一般为20—— 100 cm2/mL。


活性污泥的组成



活性污泥中的固体物质不到1%,由有机物和无机物两部分组成,其组成比例则因原污水性质不同而异。有机组成部分主要为栖息在活性污泥中的微生物群体,还包括入流污水中的某些惰性的难被细菌摄取利用的所谓“难降解有机物”、微生物自身氧化的残留物。

活性污泥微生物群体是一个以好氧细菌为主的混合群体,其他微生物包括酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物、后生动物等,正常活性污泥的细菌含量一般为107——108 个/mL,原生动物为100个/mL左右。

在活性污泥微生物中,原生动物以细菌为食,而后生动物以原生动物、细菌为食,它们之间形成一条食物链,组成了一个生态平衡的生物群体。活性污泥细菌常以菌胶团的形式存在,呈游离状态的较少,这使细菌具有抵御外界不利因素的性能。

游离细菌不易沉淀,但可被原生动物捕食,从而使沉淀池的出水更清澈。活性污泥的无机组成部分则全部是由原污水挟入,至于微生物体内存在的无机盐类,由于数量极少,可忽略不计。

总之,活性污泥由下列四部分物质所组成:

①具有代谢功能活性的微生物群体(M);

②微生物(主要是细菌)自身氧化残留物(M);

③由原污水挟入的难生物降解有机物(M;);

④由原污水挟入的无机物质(M;)。其中活性微生物群体是活性污泥的主要组成部分。



二、活性污泥净化反应过程



活性污泥净化反应过程比较复杂,既有活性污泥本身对有机污染物的吸附、絮凝等物理、化学或物理化学过程,也有活性污泥内微生物对有机污染物的生物转化、吸收等生物或生物化学过程,大致可以分为以下两个阶段。


初期吸附去除阶段



在污水与活性污泥接触、混合后的较短时间(5——10 min)内,污水中的有机污染物,尤其是呈悬浮态和胶体态的有机物,表现出高的去除率,这种初期高速去除现象是物理吸附和生物吸附综合作用的结果。在此过程中,混合液中有机底物迅速减少,BOD迅速降低,见图2中吸附区曲线。这是由于活性污泥的表面积大,并且在表面上富集着大量的微生物,外部覆盖着多糖类的黏质层,当污水中悬浮态、胶体态的有机底物与活性污泥絮体接触时,便被迅速凝聚和吸附去除。这种现象就是“ 初期吸附去除”作用。

初期吸附过程进行得很快,一般在30 min内便能完成,污水BOD的吸附去除率可达70%,对于含悬浮态和胶体态有机物较多的污水,BOD可下降80%——90%。初期吸附速度主要取决于微生物的活性和反应器内水力扩散程度与水力动力学规律,前者决定活性污泥微生物的吸附、凝聚效能,后者则决定活性污泥絮体与有机底物的接触程度。活性污泥微生物的高吸附活性取决于较大的比表面积和适宜的微生物增殖期,一般而言,处于“饥饿”状态的内源呼吸期微生物,其吸附活性最强。


代谢稳定阶段



被吸附在活性污泥微生物细胞表面的有机污染物,在透膜酶的作用下,溶解态和小分子有机物直接透过细胞壁进入细胞体内,而胶体态和悬浮态的大分子有机物如淀粉、蛋白质等则先在细胞外酶一水解酶的作用 下,被水解为溶解态小分子后再进入细胞体内,此时水解产生的部分溶解性简单有机物会扩散到混合液中,造成混合液BOD值升高,如图2中胞外水解区曲线所示。

进入细胞体内的有机污染物,在各种胞内酶(如脱氢酶、氧化酶等)的催化作用下,被氧化分解为中间产物,有些中间产物合成为新的细胞物质,另一些则氧化为稳定的无机产物,如CO2和H2O等,并释放能量供合成细胞所需,这个过程即物质的氧化分解过程,也称稳定过程。在此过程中,不稳定的高分子有机物质通过生化反应被转化为简单稳定的低分子无机物质,混合液BOD逐渐降低, 如图2中胞内生物氧化区曲线所示。稳定过程所需时间取决于有机物的转化程度,要比吸附过程长得多。



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