宜昌冷庫活性污泥廢水處理一體化設備工藝

宜昌冷庫活性污泥廢水處理一體化設備工藝

　由于地理區域(高緯度地區)和季節性變化(進(jìn)入冬季/春季)的差異，廢水溫度經(jīng)?？山抵?~10℃，低溫嚴重抑制微生物活性，底物利用率和細胞增長(cháng)，導致污水處理工藝性能惡化，廢水去除效率顯著(zhù)降低。低溫廢水的處理研究已逐漸成為行業(yè)內日益關(guān)注的焦點(diǎn)。由于低溫對活性污泥微生物活性的抑制作用，現有工藝難以滿(mǎn)足低溫下生化污水廠(chǎng)對低溫廢水的處理要求，且難以實(shí)現達標排放，對環(huán)境負荷造成了嚴重的影響。本文綜述了近年來(lái)低溫廢水處理技術(shù)的研究現狀及進(jìn)展，并總結了研究活性污泥處理低溫廢水的可行性理化指標，為進(jìn)一步研究活性污泥處理低溫廢水提供理論指導。

　　1、低溫廢水處理研究現狀

　　目前，污水處理技術(shù)領(lǐng)域的研究已經(jīng)比較廣泛，但是對于低溫廢水處理技術(shù)的應用仍面臨較大的挑戰。并且在低溫廢水的生物處理中，微生物對低溫廢水的污染物的去除依賴(lài)于活性污泥微生物的新陳代謝，所以溫度作為影響微生物菌群的生長(cháng)繁殖與代謝活性的重要生態(tài)因子對廢水生物處理具有重要影響。除調整傳統的活性污泥法系統的運行參數如降低負荷、增加水力停留時(shí)間、采取一定的保溫措施等之外，主要有化學(xué)強化混凝、人工濕地強化、投加高效耐冷菌種技術(shù)等強化低溫污水的處理效果。劉海龍等利用合成新型復合混凝劑(SynthA)在低溫(2~5℃)條件下強化混凝對溶解性有機物等去除方面研究時(shí)發(fā)現，強化混凝能夠在一定程度上提高系統對污染物的去除效果。魏作紅等低溫制備改性納米降解亞甲基藍染料廢水，取得較好的處理效果。伍海全等篩選培育高效處理低溫城市污水的微生物菌種，增強活性污泥耐冷性能，進(jìn)而強化處理低溫城市污水。

　　由于低溫對廢水生化處理的不利影響，近年來(lái)我國水處理工作者在低溫廢水生化處理的方面進(jìn)行了部分研究工作。為解決低溫廢水難生物降解的問(wèn)題，生物強化處理技術(shù)在廢水處理中得到一定的應用。唐子夏等研究發(fā)現與陶粒填料的BAF系統相比，陶粒-竹絲復合填料適合微生物附著(zhù)，低溫條件下，復合填料上不同菌種之間的共降解和協(xié)同降解作用更為顯著(zhù)，對反應系統內的污染物降解效果更為顯著(zhù)。張琪等在研究低溫條件下磁分離與裝配式人工濕地組合工藝對小區生活廢水的處理時(shí)發(fā)現，該聯(lián)合工藝對小區廢水中污染物有較好的處理效果，其中COD，NH3-N，TP的去除率分別為86.8%，52.5%，96.8%。張曉飛等研究低溫下(7~13℃)多級AO-膜生物反應器(MAO-MBR)工藝對市政廢水中有機物和N、P去除效果時(shí)發(fā)現，出水COD，NH3-N的平均去除率分別為97%和98%，經(jīng)組合工藝處理后，出水水質(zhì)達到GB18918—2002的一級A標準。近年，大多數關(guān)于提高低溫生物廢水處理效率的研究都集中在冷適應細菌的馴化或生物強化上。但是，在許多地區，溫度是季節性變化的。是否占優(yōu)勢的細菌群落在低溫下適應將保持穩定并且在長(cháng)期溫度循環(huán)期間遺傳仍然存在爭議。并且，目前的處理工藝措施具有一定的缺點(diǎn)和不足，不僅會(huì )增加工程投資和運行費用，而且在復雜多變的低溫環(huán)境中抗冷沖擊性能得不到保證，還常會(huì )引起污泥膨脹等問(wèn)題。

　　由于溫度對活性污泥微生物個(gè)體的生長(cháng)、繁殖、新陳代謝、生物種群分布和種群數量起著(zhù)決定性作用，直接影響著(zhù)冬季污水處理效率的高低，以生化法為主要工藝的污水處理廠(chǎng)的處理效果受到嚴重的影響。因此，低溫成為我國冬季寒冷地區印染廢水生物處理工藝最大的限制因素，使得低溫(0~10℃)廢水處理成為環(huán)境水處理領(lǐng)域目前面臨的一大難題。

　　2、低溫對活性污泥降解過(guò)程的影響

　　在低溫廢水的生物處理中，微生物對低溫廢水的污染物的去除依賴(lài)于活性污泥微生物的新陳代謝，所以溫度作為影響微生物菌群的生長(cháng)繁殖與代謝活性的重要生態(tài)因子對廢水生物處理具有重要影響。

　　(1)低溫對活性污泥沉降性能的影響

　　低溫條件下廢水中有機物質(zhì)的擴散及其沉降變慢，導致廢水中絲狀菌大量生長(cháng)，產(chǎn)生污泥膨脹，低溫使水中氣體的溶解度變大，導致污泥上浮，從而導致活性污泥沉降性能下降。此外，低溫會(huì )致使污水處理系統中活性污泥微生物釋放大量具有親水性的多糖類(lèi)胞外聚合物，同樣會(huì )導致發(fā)生污泥上浮的現象。所以在廢水的生物處理過(guò)程中，活性污泥的沉降性能是使廢水處理達到更高水平的關(guān)鍵因素之一。王曉東等在研究城市污水處理廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)活性污泥特性時(shí)發(fā)現，污水生化處理系統中的反應溫度所導致的MLVSS/MLSS值的變化直接影響活性污泥沉降性能。

　　(2)低溫對微生物脫氫酶活性的影響。

　　脫氫酶是微生物細胞的胞外酶，參與了有機物降解的全過(guò)程，是微生物降解有機污染物所必需的酶，所以脫氫酶既可以作為生物體活性的參數，又是微生物細胞對底物降解能力的體現。溫度降低會(huì )導致活性污泥微生物新陳代謝減弱、脫氫酶活性降低。并且，脫氫酶活性的檢測是微生物活性檢測中一種靈敏、簡(jiǎn)單的手段。

　　鄧航等在利用印染廢水作為碳源，探究SBR反應器缺氧段、好氧段的酶活性時(shí)發(fā)現，穩定運行后的SBR反應系統中的脫氫酶活性高于酯酶活性;較之于酯酶，脫氫酶活性與反應系統COD、色度的去除率有著(zhù)更為顯著(zhù)的相關(guān)性。王帆等研究低溫(3~15℃)連續流運行曝氣池中活性污泥的脫氫酶活性的變化，反應體系中脫氫酶活性整體上隨溫度的下降呈下降趨勢，微生物活性逐漸減弱，代謝速率下降，COD的去除率隨之降低。張浩等發(fā)現，微氧磁性活性污泥系統在處理廢水時(shí)的微生物量與脫氫酶活性均比微氧無(wú)磁性活性污泥系統中的參數高。王曉東等實(shí)驗探究得出微生物脫氫酶活性的變化是導致活性污泥沉降性能受溫度影響的生物學(xué)原因。

　　(3)低溫對磷脂脂肪(Phospholipidfattyacids,PLFA)的影響。

　　細胞膜是細胞與外界的通道，其流動(dòng)性是細胞的結構和功能表達的基礎，當溫度下降時(shí)，膜的流動(dòng)性會(huì )隨之減弱，從而影響細胞膜的正常生理功能。然而，微生物可以通過(guò)改變細胞膜中脂肪酸的成分來(lái)調節膜的流動(dòng)性，以適應在低溫惡劣環(huán)境下的生存。磷脂脂肪酸(PLFA)為從甲基化活性污泥中提取磷脂后得到的細胞膜中的脂肪酸產(chǎn)物，是活體微生物細胞膜的重要組成成分。微生物細胞自體合成不同組分和鏈長(cháng)的PLFA，以維持細胞膜的完整性與響應其直接生存環(huán)境的細胞功能。不同類(lèi)群的微生物中存在某些特定的磷脂脂肪酸，PLFA可以作為鑒定活性污泥系統中微生物量和微生物群落的生物標記。

　　磷脂脂肪酸分析已經(jīng)被普遍運用于環(huán)境樣品中微生物群落的分析。近年來(lái)，PLFA分析方法在土壤、生物膜和活性污泥等水處理技術(shù)相關(guān)的微生物群落結構和功能方面均取得顯著(zhù)的進(jìn)展。周新程等利用GC/MS分析表面流人工濕地沉積物中提取的PLFA，檢測出濕地沉積物中主要形成了以好氧菌、硫酸鹽還原菌、放線(xiàn)菌等細菌組成的微生物群落，其中，好氧菌為優(yōu)勢種群。尹勇等研究生態(tài)強化法原位凈化村鎮廢水時(shí)發(fā)現，PLFA分析得到底泥中飽和脂肪酸含量較為豐富，以脂肪酸生物標記量為指標，表明底泥的生態(tài)群落中是以假單胞桿菌、好氧細菌為主導。張璐璐等研究直流電場(chǎng)強化活性污泥法處理木質(zhì)素廢水的效能時(shí)發(fā)現，不同電流強度馴化出不同的微生物群落，實(shí)驗條件的變化對微生物細胞膜的PLFA產(chǎn)生了顯著(zhù)的影響。NIU等表明，2~4mT的磁感應強度對PLFA多樣性具有明顯的強化作用，刺激活性污泥微生物細胞合成更多的不飽和脂肪酸來(lái)適應低溫環(huán)境。

　　3、活性污泥處理低溫廢水的研究進(jìn)展

宜昌冷庫活性污泥廢水處理一體化設備工藝

　　研究表明，一切具有生命活性的生物體都具有磁性，在生命活動(dòng)過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生穩定或不穩定的為弱磁場(chǎng)，所以生物磁性與生物特性之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響。有文獻論證到不同強度(從1mT到1T)的靜態(tài)磁場(chǎng)(SMF)一定程度上能夠影響許多生物系統。磁場(chǎng)強化活性污泥的機理在生物學(xué)效應主要表現為：①磁場(chǎng)能夠直接影響活性污泥微生物的生長(cháng)代謝。生命運動(dòng)、生物化學(xué)反應及生物物質(zhì)分子中存在著(zhù)許多磁性物質(zhì)，同時(shí)生物體內還存在大量的電子和離子，任何生物都是具有磁性的，因此外加磁場(chǎng)、環(huán)境磁場(chǎng)和生物體內的磁場(chǎng)都會(huì )對生物體及其生命活動(dòng)產(chǎn)生不容忽視的影響。外部磁場(chǎng)作用于微生物細胞膜上的蛋白質(zhì)通道，影響帶電離子對細胞膜的滲透交換能力，從而增大物質(zhì)傳遞擴散，影響生物體內的代謝作用[38]。②磁場(chǎng)通過(guò)提高生物降解所需酶的活性，間接強化廢水處理的降解能力。過(guò)渡金屬原子作為生物酶的成分，許多情況下表現出順磁特性，磁場(chǎng)通過(guò)影響生物體的順磁原子進(jìn)而影響酶的活性。

　　XU等在研究中發(fā)現，當將絮狀活性污泥系統(10℃)置于7mT靜磁場(chǎng)中時(shí)，雖然活性污泥比乙酸吸收率降低了29%，但是PHB最高產(chǎn)量和比乙酸產(chǎn)PHB率分別提高32%和28%，其主要原因在于靜磁場(chǎng)會(huì )促進(jìn)乙酰CoA導流至PHB的合成過(guò)程中，并能夠抵消較高乙酸鹽濃度和低溫對絮狀活性污泥系統造成的不利影響。NIU等[33]以葡萄糖為碳源，研究了低溫下10~50mT的靜態(tài)磁感應強度對活性污泥活性的影響，發(fā)現穩定運行階段的COD降解率在不同磁感應強度下呈現不同的變化趨勢，但是具有磁場(chǎng)強化的反應器適應于低溫環(huán)境更快，能夠達到更高的COD去除效率。20~40mT的磁感應強度可以強化活性污泥微生物脫氫酶活性適應寒冷環(huán)境的活性。在合適的磁感應強度(該研究中為30mT)下，具有較好冷適應性的革蘭氏陰性細菌富集，同時(shí)確保低溫反應器中的微生物具有更好的耐寒性。

　　3.2 厭氧顆粒污泥處理低溫廢水

　　厭氧顆粒污泥是由產(chǎn)甲烷菌、產(chǎn)乙酸菌和水解發(fā)酵菌等構成的自凝聚體，其良好的沉淀性能和產(chǎn)甲烷活性是厭氧污泥反應器反應器成功的關(guān)鍵。SCULLYC等在研究低溫厭氧顆粒污泥處理低溫廢水處理效果時(shí)發(fā)現，當溫度逐漸降低至9.5℃時(shí)，去除率有所下降，出水含量升高，但是其甲烷產(chǎn)量仍然可以達到3.3L/(g•d)，比降解率和比甲烷產(chǎn)率分別達到68mg/(g•d)和12~20mL/(g•d)，表明厭氧顆粒污泥可以耐受較高的負荷，具有處理低溫有毒的苯廢水的能力。ENRIGHTAM等通過(guò)實(shí)驗探究發(fā)現厭氧顆粒同樣具有處理低溫甲苯廢水的效能，在實(shí)驗周期內COD和甲苯去除效率分別達到70%~90%和55%~99%，結果表明低溫厭氧消化處理含甲苯廢水的可行性。并且，TSUSHIMAI等在研究厭氧顆粒污泥處理低溫蔗糖廢水時(shí)，反應器在低溫時(shí)仍然具有較高的COD去除率，微生物種群結構分析表明在顆粒污泥的表層甲烷螺菌屬得到富集，該細菌是一類(lèi)產(chǎn)甲烷菌，有助于在低環(huán)境溫度下厭氧地降解蔗糖底物。