證實(shí)污水中有機(jī)污染物的生物降解性能

楊彪+王昕宇

摘 要：污水中有機(jī)物含量指標(biāo)主要有BOD5，COD，TOC等指標(biāo)。要想知道污水中有機(jī)物的降解的性能，則測(cè)得有機(jī)物含量指標(biāo)的變化即可，即測(cè)定有機(jī)物的去除率。將污水通過(guò)生物降解過(guò)程，測(cè)定降解前后水中有機(jī)物含量，了解生物降解的性能。

關(guān)鍵詞：生物降解性能 污水處理 污水有機(jī)物含量

1、污水生物降解發(fā)展歷史

污水處理的需求是伴隨著城市的誕生而產(chǎn)生的。城市污水處理技術(shù)，歷經(jīng)數(shù)百年變遷，從最初的一級(jí)處理發(fā)展到現(xiàn)在的三級(jí)處理，從簡(jiǎn)單的消毒沉淀到有機(jī)物去除、脫氮除磷再到深度處理回用。其中，活性污泥法的問(wèn)世更是具有劃時(shí)代的意義。

1.1、一級(jí)處理階段

城市污水處理歷史可追溯到古羅馬時(shí)期，那個(gè)時(shí)期環(huán)境容量大，水體的自?xún)裟芰σ材軌驖M足人類(lèi)的用水需求，人們僅需考慮排水問(wèn)題即可。而后，城市化進(jìn)程加快，生活污水通過(guò)傳播細(xì)菌引發(fā)了傳染病的蔓延，出于健康的考慮，人類(lèi)開(kāi)始對(duì)排放的生活污水處進(jìn)行處理。早期的處理方式采用石灰、明礬等進(jìn)行沉淀或用漂白粉進(jìn)行消毒。明代晚期，我國(guó)已有污水凈化裝置。但由于當(dāng)時(shí)需求性不強(qiáng)，我國(guó)生活污水仍以農(nóng)業(yè)灌溉為主。1762年，英國(guó)開(kāi)始采用石灰及金屬鹽類(lèi)等處理城市污水。

1.2、二級(jí)處理階段

1.2.1、有機(jī)物去除工藝

生物膜法

十八世紀(jì)中葉，歐洲工業(yè)革命開(kāi)始，其中，城市生活污水中的有機(jī)物成為去除重點(diǎn)。1881年，法國(guó)科學(xué)家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器，也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生，拉開(kāi)了生物法處理污水的序幕。1893年，第一座生物濾池在英國(guó)Wales投入使用，并迅速在歐洲北美等國(guó)家推廣。技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。1912年，英國(guó)皇家污水處理委員會(huì)提出以BOD5來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)的污染程度。

活性污泥法

1914年，Arden和Lokett在英國(guó)化學(xué)工學(xué)會(huì)上發(fā)表了一篇關(guān)于活性污泥法的論文，并于同年在英國(guó)曼徹斯特市開(kāi)創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗(yàn)廠。兩年后，美國(guó)正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠。活性污泥法的誕生，奠定了未來(lái)100年間城市污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

活性污泥法誕生之初，采用的是充-排式工藝，由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)與設(shè)備條件相對(duì)落后，導(dǎo)致其操作繁瑣，易于堵塞，與生物濾池相比并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。1936年提出的漸曝氣活性污泥法（TAAs）和1942年提出的階段曝氣法（SFAS），分別從曝氣方式及進(jìn)水方式上改善了供氧平衡。1950年，美國(guó)的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過(guò)改變活性污泥微生物群的生存方式，使其適應(yīng)曝氣池中因基質(zhì)濃度的梯度變化，有效解決了污泥膨脹的問(wèn)題。

1.2.2、脫氮除磷新工藝

近幾十年，能源、資源的短缺已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，進(jìn)一步脫氮除磷及對(duì)能源節(jié)約及資源回收的需求成為了污水處理工藝發(fā)展的主流方向。一批新興脫氮除磷技術(shù)得以應(yīng)用。

ANAMMOX-SHARON組合工藝。

1994年，荷蘭Delft大學(xué)開(kāi)發(fā)了厭氧氨氧化（ANAMMOX）技術(shù)，厭氧氨氧化菌在缺氧環(huán)境中，能夠?qū)@離子（NH4+）用亞硝酸根（NO2-）氧化為氮?dú)狻?/p>

該工藝與傳統(tǒng)反硝化工藝相比是完全自養(yǎng)，不需任何有機(jī)碳源。

目前，以SHARON工藝為硝化反應(yīng)器，ANAMMOX工藝為反硝化反應(yīng)器，與傳統(tǒng)工藝相比能夠節(jié)省60%的供氧和100%的碳源。

SBR工藝

序批式活性污泥法（SBR）工藝是在時(shí)間上將厭氧段與好氧段進(jìn)行分割。20世紀(jì)70年代初由美國(guó)Irvine公司開(kāi)發(fā)。它在流程上只有一個(gè)基本單元，集調(diào)節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能于一池，進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等。經(jīng)典SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程為：進(jìn)水→曝氣→沉淀→潷水→待機(jī)。

隨后，Goranzy教授開(kāi)發(fā)了CASS/CAST工藝。與ICEAS工藝類(lèi)似，在反應(yīng)池前段增加了一個(gè)選擇段，污水先與來(lái)自主反應(yīng)區(qū)的回流混合液在選擇段混合，在厭氧條件下，選擇段相當(dāng)于前置厭氧池，為高效除磷創(chuàng)造了有利條件。

MSBR法即改良型的SBR（ModifiedSBR），采用單池多格方式，結(jié)合了傳統(tǒng)活性污泥法和SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)器由曝氣格和兩個(gè)交替序批處理格組成。主曝氣格在整個(gè)運(yùn)行周期過(guò)程中保持連續(xù)曝氣，而每半個(gè)周期過(guò)程中，兩個(gè)序批處理格交替分別作為SBR和澄清池。該工藝可連續(xù)進(jìn)水且可使用更少的連接管、泵和閥門(mén)。

1.3、三級(jí)處理階段

近十幾年，隨著污染加劇，水資源短缺嚴(yán)重，人類(lèi)對(duì)水質(zhì)提出了更高的要求，污水深度處理與回用技術(shù)興起。污水處理廠的側(cè)重點(diǎn)不再是核算污染物的排放量，而是如何改善水質(zhì)。膜技術(shù)開(kāi)始顯現(xiàn)其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

生物膜技術(shù)在20世紀(jì)60-70年代，隨著新型合成材料的大量涌現(xiàn)再次發(fā)展起來(lái)，主要工藝有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化、生物流化床等。目前，應(yīng)用較多的膜處理技術(shù)主要有微濾（MF）、超濾（UF）、反滲透（RO）和膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)。本世紀(jì)初的新加坡“Newwater”水廠就是采用在二級(jí)處理后加超濾膜及反滲透膜的方式進(jìn)行再生水回用處理。

2、調(diào)研工作內(nèi)容、過(guò)程、論證和小結(jié)

取一定污水水樣，經(jīng)過(guò)生物降解，測(cè)定前后的有機(jī)物的含量，然后計(jì)算出去除率，通過(guò)去除率的數(shù)據(jù)，從而得出生物降解性能的結(jié)論。

2.1、生物降解機(jī)理以及生物降解性能的表示方法

污水中含有的種種復(fù)雜的有機(jī)物（如糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)）。在厭氧菌的作用下分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過(guò)程可概括為三個(gè)階段。

第一階段是在水解與發(fā)酵細(xì)菌的作用下，使復(fù)雜的有機(jī)物得到水解與發(fā)酵，轉(zhuǎn)化成較高級(jí)的脂肪酸、甘油、氨基酸、單糖、醇類(lèi)、二氧化碳、氨、硫化氫等，稱(chēng)為酸性發(fā)酵階段；第二階段是在產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌的作用下，把第一階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氫、二氧化碳及乙酸，稱(chēng)為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；第三階段是通過(guò)兩組生理不同的產(chǎn)甲烷菌起作用，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，；另一組從乙酸脫羧產(chǎn)生甲烷。

污水通過(guò)厭氧處理之后，已將除去大部分有機(jī)物。然后將污水經(jīng)過(guò)好氧菌的作用進(jìn)一步處理，從而得到較好的水質(zhì)。

好氧處理也分為三個(gè)階段。第一階段為吸附階段，污水中的污染物與活性污泥微生物充分接觸過(guò)程中，被具有巨大比表面積（可達(dá)2000～10000m2/m3）且表面有多糖類(lèi)粘性物質(zhì)的活性污泥微生物所吸附及粘連，從而使污水得到凈化。第二階段為氧化階段活性污泥在有氧條件下，以吸附及吸收的一部分有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)行細(xì)胞合成，以另一部分進(jìn)行分解代謝，并釋放能量。第三階段為絮凝體的形成與凝聚沉淀階段，氧化階段合成的菌體絮凝形成絮凝體，通過(guò)重力沉淀從水中分離出來(lái)，使水得到凈化。

有機(jī)物的生物降解性能即生物降解效果，可通過(guò)測(cè)定水中的有機(jī)物含量（以BOD5、COD值表示）的變化、微生物的增長(zhǎng)量或輔酶轉(zhuǎn)化等來(lái)判斷，本研究采用測(cè)廢水生物降解前后的BOD5、COD的變化量來(lái)判斷。如果前后變化較大，即去除率較高，表示生物降解性能較好；反之，去除率低，生物降解性能不好。

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[3]張自杰. 排水工程[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社：顧夏聲， 2011.

作者簡(jiǎn)介：

王昕宇（1996.06）男，滿族，遼寧丹東，210623199606214730，本科生，研究方向：給排水科學(xué)與工程

楊 彪（1995.02）男，回族，河南開(kāi)封，410222199502080052，本科生，研究方向：給排水科學(xué)與工程