農(nóng)村微動(dòng)力生活污水處理設(shè)施
活性污泥中復(fù)雜的微生物與廢水中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物形成了復(fù)雜的食物鏈。zui先擔(dān)當(dāng)凈化任務(wù)的是異氧菌和腐生性真菌，細(xì)菌特別是球狀細(xì)菌起著關(guān)鍵的作用，優(yōu)良運(yùn)轉(zhuǎn)的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團(tuán)。沉降性好，隨著活性污泥的正常運(yùn)行，細(xì)菌大量繁殖，開始生長(zhǎng)原生動(dòng)物，是細(xì)菌一次捕食者?；钚晕勰喑Ｒ姷脑鷦?dòng)物有鞭毛蟲、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲?；钚晕勰喑墒鞎r(shí)固著型的纖毛蟲、種蟲占優(yōu)勢(shì);后生動(dòng)物是細(xì)菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時(shí)才出現(xiàn)，所以當(dāng)出現(xiàn)后生動(dòng)物時(shí)說明處理水質(zhì)好轉(zhuǎn)標(biāo)志。其性能指標(biāo)包括：混合液懸浮固體 (MLSS)，污泥沉降比(SV)，污泥指數(shù)[污泥體積指數(shù)(SVI)，污泥密度指數(shù)(SDI)。
曝氣池是由微生物組成的活性污泥與污水中有機(jī)污染物物質(zhì)充分混合接觸，并進(jìn)而降解吸收并分解的場(chǎng)所，它是活性污泥工藝的核心。曝氣系統(tǒng)的作用是向曝氣池供給微生物增長(zhǎng)及分解有機(jī)物所必須的氧氣，并起混合攪拌作用，使活性污泥與有機(jī)物充分接觸。在曝氣池內(nèi)，懸浮的大量肉眼可觀察到的絮狀污泥顆粒這就叫做活性污泥絮體。隨著有機(jī)污染物被分解，曝氣池每天都凈增一部分活性污泥，這部分叫做剩余活性污泥。用污泥泵直接排出系統(tǒng)之外---污泥池。
培養(yǎng)
培養(yǎng)初期，每天悶曝22h，靜置2h，排放4L廢水，再加入4L自配水。7天后，污泥顏色呈黑色，沉降性能良好，出水混濁，測(cè)量MLSS、SV的值，反應(yīng)過程中pH值、COD、NH3-N濃度沒有較大的變化，說明培養(yǎng)出的細(xì)菌量較少。14天后，污泥呈淺黑色，沉淀時(shí)泥水界面由開始模糊逐漸變得邊緣清晰，鏡檢時(shí)可以觀察到草履蟲、漫游蟲、裂口蟲、吸管蟲等。隨著生物相逐漸變好，預(yù)示菌種培養(yǎng)出來了。測(cè)量MLSS、SV的值，COD和NH3-N去除率分別達(dá)到43%和10%，污泥活性還不強(qiáng)，需要繼續(xù)培養(yǎng)。此后，每天運(yùn)行兩周期，每周期曝氣10h，靜置2h。30天后，污泥的絮凝和沉淀性能良好，混合液靜置半小時(shí)，上清液清澈透明，泥水界面清晰，污泥呈黃褐色，鏡檢有大量新型菌膠團(tuán)，較為密實(shí)，可以觀察到許多活躍的鐘蟲。測(cè)量污泥MLSS、SV的值，COD去除率達(dá)到90%以上，NH3-N去除率在30%以上，污泥活性較強(qiáng),至此認(rèn)為培養(yǎng)階段結(jié)束。
馴化
培養(yǎng)出來的活性污泥含有大量異養(yǎng)菌，而硝化菌是自養(yǎng)菌，污泥中含量非常少，需要進(jìn)一步進(jìn)行馴化，使之占優(yōu)。與硝化菌相比，反硝化菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，生長(zhǎng)和繁殖快，所以在一般情況下反硝化菌受到廢水物質(zhì)的抑制程度要比硝化菌小。在活性污泥的馴化過程中，每隔兩天提高一次進(jìn)水COD和NH3-N濃度。污泥馴化初期，COD去除率為85.59%，而NH3-N去除率僅為23.21%。這是因?yàn)楫愷B(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì)，生長(zhǎng)速率快，硝化菌世代時(shí)間長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率慢，含量較少，與異養(yǎng)菌競(jìng)爭(zhēng)處于不利地位，硝化反應(yīng)速率低。4天后，NH3-N去除率明顯升高，達(dá)到了46.70%，這說明系統(tǒng)中的硝化菌逐漸占優(yōu)勢(shì)，但NH3-N處理效果還不很理想，還需要繼續(xù)馴化。使得NH3-N的去除率在90%以上，系統(tǒng)取得了良好的脫氮效果，達(dá)到馴化目的。
生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理
在污水的生物脫氮處理過程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩?。因?污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。
硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程 ,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。
缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源) 。
生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。
傳統(tǒng)生物法
目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開,形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行。1932 年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。
生物處理技術(shù)
水源水生物處理技術(shù)的本質(zhì)是水體天然凈化的人工化，通過微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在內(nèi)的可生物降解的有機(jī)物及可能在加氯后致突變物質(zhì)的前驅(qū)物和NH3—N，NO2—等污染物，再通過改進(jìn)的傳統(tǒng)工藝的處理，使水源水水質(zhì)大幅度提高。常用方法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床，生物接觸氧化池和生物活性炭濾池。這些處理技術(shù)可有效去除有機(jī)碳及消毒副產(chǎn)物的前體物，并可大幅度的降低NH3—N，對(duì)鐵、錳、酚、濁度、色、嗅、味均有較好的去除效果，費(fèi)用較低，可*代替預(yù)氯化。
塔式生物濾池
輕質(zhì)濾料的開發(fā)與采用，為塔式生物濾池的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。生物塔濾增加了濾池高度，分層放置填料，通風(fēng)良好克服了普通生物濾池（非曝氣）溶解氧不足的缺陷。國(guó)外廣泛采用塑料材質(zhì)大孔徑波紋孔板濾料，我國(guó)常采用環(huán)氧樹脂固化玻璃鋼蜂窩填料。塔式生物濾池的凈化作用也是通過填料表面的生物膜的新陳代謝活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。塔式濾池的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷高、產(chǎn)水量大、占地面積小，dui沖擊負(fù)荷水量和水質(zhì)的突變適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大，基建投資高，運(yùn)行管理不便。
農(nóng)村微動(dòng)力生活污水處理設(shè)施生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器
生物轉(zhuǎn)盤在污水處理中已廣泛采用，目前在給水處理領(lǐng)域，對(duì)某些污染程度較為嚴(yán)重的微污染水進(jìn)行了一些研究。
生物轉(zhuǎn)盤的特點(diǎn)表現(xiàn)為，生物膜能夠周期的運(yùn)行于空氣與水相兩者之中，微生物能直接從大氣中吸收需要的氧氣（減少了溶液中氧傳質(zhì)的困難性），使生物過程更為有利的進(jìn)行。轉(zhuǎn)盤上生物膜生長(zhǎng)面積大，生物量豐富，不存在類似于生物濾池的堵塞情況，有較好的耐沖擊負(fù)荷的能力，脫落膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時(shí)間較長(zhǎng)，構(gòu)筑物占地面積大，盤片價(jià)格較貴，基建投資高。
生物膨脹床與流化床
生物膨脹床是介于固定床和流化床之間的一種過渡狀態(tài)，流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經(jīng)膨脹床后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過選用適度規(guī)格粒徑（約為0.2~1.0mm）的生物載體，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用氣、水同向混合自下而上，使載體保持適度膨脹或流化的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。與固定床相比，從兩個(gè)方面強(qiáng)化了生物處理過程：一方面，載體粒徑變小，比表面積增大，單位溶劑的比表面積可達(dá)到2000~3000m2/m3，這大大提高了單位生物池的生物量。另一方面，由于顆粒在反應(yīng)器中處于自由運(yùn)動(dòng)（膨脹或流化）狀態(tài)，避免了生物濾池的堵塞現(xiàn)象，提高了水與生物顆粒的接觸機(jī)會(huì)；同時(shí)可采用控制膨脹率的辦法來控制水流紊動(dòng)對(duì)生物顆粒表面的剪力水平，進(jìn)而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均勻、致密、厚度較薄且活性較高的生物膜。這些都大大的強(qiáng)化了水中可生物降解基質(zhì)向生物膜內(nèi)的傳遞過程，使生物膨脹床、流化床的單位容積的基質(zhì)降解速率得到提高。生物膨脹床、流化床含有活性高的較大生物量，處理水力負(fù)荷增大，并保證出水水質(zhì)良好。
采用生物膨脹床與流化床，可解決固定填料床中常出現(xiàn)的堵塞問題，進(jìn)一步提高凈化效率，且占地面積少。但由于保持膨脹或流化狀態(tài)，消耗的動(dòng)力費(fèi)用較高，且維護(hù)管理復(fù)雜，尤其是當(dāng)池體比較大的情況，如一旦停止運(yùn)行，再啟動(dòng)很困難，運(yùn)行中水力學(xué)條件難以控制等。在運(yùn)行過程中還存在流化介質(zhì)跑料現(xiàn)象，其工程應(yīng)用還很少見。
微生物的生長(zhǎng)環(huán)境
廢水生物處理的主體是微生物，只有創(chuàng)造良好的環(huán)境條件讓微生物大量繁殖才能獲得令人滿意的處理效果。影響微生物生長(zhǎng)的的條件主要有營(yíng)養(yǎng)、溫度、pH值、溶解氧及有毒物質(zhì)等。
1、營(yíng)養(yǎng)
營(yíng)養(yǎng)是微生物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命活動(dòng)所需的能量和物質(zhì)來自于營(yíng)養(yǎng)。微生物細(xì)胞的組成(不包括H2O和無機(jī)物)，可用化學(xué)式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示。不同微生物細(xì)胞的組成不盡相同，對(duì)碳氮磷比的要求也不*相同。好氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]。厭氧微生物要求碳氮磷比為BOD5:N:P=100:6:1。其中N以NH3 - N計(jì)，P以PO43--P計(jì)。微生物種類繁多，所需C、N、P的化學(xué)形式也不相同。如異養(yǎng)菌需要有機(jī)物為碳源，而自養(yǎng)菌以CO2和HCO3-為碳源。
幾乎所有的有機(jī)物都是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，為達(dá)到預(yù)期的凈化效果，控制合適的C:N:P比顯得十分重要。微生物除需要C、H、O、N、P外，還需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素，以及Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B等微量元素。
