污水处理中的活性污泥应用技术分析
时间：2023-02-24 21:00:05 来源：千叶帆 本文已影响人
李 好
（深圳市建筑科学研究院股份有限公司，广东深圳 518000）
随着工业化的发展和城市化的不断推进，城市中各种工业废水、生活污水的量不断增加，为了保护水环境，这些污水需要经过处理并且达到国家污水排放标准才能够进行排放。活性污泥技术是一种常用的污水净化方式，是利用微生物来将水中的有机物氧化、吸附、分解，将其转化为二氧化碳和水，从而实现污水的净化[1]。在污水处理中活性污泥技术具有重要应用。
活性污泥技术可以净化污水，使其达到国家排放标准，但其净化效果达不到饮用水的要求，因此不能够应用于饮用水的处理。应用活性污泥进行污水处理主要分为两个步骤：①通过活性污泥来吸附污水中的污染物，然后通过细菌胞外酶的作用将大分子有机物分解成小分子有机物；
②在充足氧气的环境下，微生物会吸附小分子有机物，对其进行氧化分解，同时活性污泥中的微生物群落也会不断繁殖，提高污水净化效果[2]。运用活性污泥技术需要注意以下几方面问题。
（1）污水中需要含有大量的可溶性有机物，为微生物提供活动所需要的营养。
（2）由于活性污泥技术应用的是好氧细菌分解有机物，因此水中需要足够的溶解氧，为好氧微生物提供良好的生活环境。
（3）活性污泥需要和污水接触时才能够进行污水净化，因此要确保活性污泥和污水充分接触。
（4）保证污泥浓度足够，只有污泥达到了一定浓度才能够保证有良好的污水处理效果。
（5）要避免对微生物有毒有害的物质进入到污水处理系统中，防止其对好氧细菌造成影响，进而影响污水处理的效果。
应用活性污泥技术进行水处理具有一定的优势，主要包括：①在活性污泥处理污水过程中曝气会产生微气泡，这些微气泡在水中会停留比较长的时间，从而提高氧的利用效率，降低能源消耗；
②应用该技术还能够在不停气放水的前提下，吸附污染物，从而有效降低成本。
活性污泥是一种通过人工曝气的方式来将活性污泥均匀分散悬浮到曝气池和反应器中。近年来研究人员针对活性污泥技术进行了大量的研究，在反应动力学、生物学以及工艺变形等方面进行了大量的研究，在各种不同工艺流程中进行了应用研究，使其适用性和有效性都得到了提升[3]。当前，活性污泥法在城市污水处理以及工业废水中都已经获得了广泛的应用，已经成为了污水处理中的主体工艺。
2.1 处理有机废水
活性污泥曝气降解有机物的过程可以分为两个阶段，分别是吸附阶段和稳定阶段。在曝气初期，具有较强表面凝聚活性的微生物和污水充分接触以后，微生物细胞壁的外围黏液层能够将有机物吸附到活性污泥上，这个阶段是吸附阶段，吸附过程在30min左右，在这段时间内可以将污水中大部分的有机物（以BOD计）去除掉，BOD的去除效率可以达到70%，去除的速度较快。活性污泥中的微生物摄取营养的第一步就是吸附有机物，吸附过程是一个物理过程，为下步物质的转化做准备。随着曝气的继续进行，微生物在溶解氧的存在下，将有机物氧化分解成中间产物，其中部分中间产物结合形成细胞物质，而其他的中间产物则被继续氧化，转变成无机物。这个过程是将物质从不稳定过渡到稳定的过程，即将高分子有机物将转变成简单、稳定、低分子的无机物[4]。
2.2 处理重金属废水
在传统的重金属污水处理工艺中，主要采用吸附法、离子交换法、氧化还原法、化学沉淀法以及膜分离法等物理化学方法来进行重金属污水的处理，但是这些方法都存在二次污染的问题，需要较高的处理成本。在传统的技术理念下，由于重金属废水中的有机物质比较小，因此认为活性污泥法在重金属废水处理中难以得到良好的效果，而且重金属对于微生物也有一定的毒性，也会影响到活性污泥法处理污水的效果。随着人们对活性污泥法进行改造，当前已经可以在重金属废水处理中应用活性污泥法。在进行重金属废水的处理时，通常采用活性污泥中的微生物，如细菌和原生动物以及悬浮物质、胶体物质混合组成吸附分解能力较强的污泥颗粒完成的。活性污泥法处理重金属废水的原理比较复杂，主要是通过活性污泥沉淀、吸附以及具有选择性微生物细胞内积累等方式来去除废水中的重金属。活性污泥处理含铅废水具有良好的效果，按照铅与活性污泥重量比1：300来投加活性污泥，在处理含量在100mg/L以下的焊钳废水时，铅去除率可以达到99%。活性污泥对Cu、Zn、Ni等重金属也具有良好的去除效果。
2.3 处理印染废水
纺织行业生产过程中会应用到大量的印染废水，排放的废水量也非常大，在纺织行业排放的废水中，含有纤维原料的夹带物、化学助剂、浆料、油剂以及燃料等。印染废水具有pH高、生化需氧量高以及色度高等方面的特点，应用活性污泥法来进行印染废水的处理，不仅可以将印染废水中的大量有机物去除掉，还能够实现调节pH、去除色素，能够保证出水质量，运行成本也比较低。活性污泥去除BOD的效率可以达到80%~95%，COD的去除效率可以达到40%~60%，脱色能力可以达到30%~50%。
3.1 污泥上浮
在应用活性污泥技术来处理污水时存在污泥上浮的问题，特别是在二沉淀池里污泥上浮的问题比较严重，对污泥的沉降性有较大的影响。在二沉淀池中大部分污泥都不会沉降，有一部分随着水流流走，另一部分在池子下面漂浮上来漂走，从而对水质造成影响。出现污泥上浮的问题是管理和技术层面上都存在问题，需要通过加强管理和研究污水处理技术等方式进行解决。对污泥上浮的原因进行分析，主要是以下三方面的因素导致的。
（5）污泥膨胀。污泥膨胀是造成污泥上浮的重要因素，一般情况下污泥是比较容易沉降的，具有较好的含水率。但是若活性污泥变质，其含水率会上升，从而造成体积膨胀，浮力增加，导致其不仅不沉降，而且会上浮。造成这种现象的主要原因是污泥里的细菌大量繁殖，使污泥变得松散，密度降低，从而导致膨胀现象的出现。
（6）污泥脱氮上浮。在曝气池中如果进行了长时间的曝气，或者是大量的曝气，那么在曝气池中就会发生硝化作用，从而使混合液中的硝酸盐含量升高，这种情况下会导致二沉池中溶液出现硝化现象，在开始阶段会使污泥具有良好的沉降性能，但是随着时间的推进，反硝化作用下生成大量的氮气，使污泥中出现大量的小气泡，造成其密度降低，出现整块上浮的情况。
（7）污泥腐化。在曝气过程中，如果曝气量比较小，二沉池中会出现污水停留时间较长、排泥不顺畅等情况，从而导致沉淀池中氧气的含量比较低，污泥中的厌氧菌大量繁殖，出现厌氧分解，生成大量的二氧化碳、氨或氢等气体，造成污泥上浮的情况。此外，如果存在建筑设计不合理的情况，也可能会导致污泥上浮的情况出现。如设计的回流缝太大，或者是倒流室的面积过小，曝气区的运动会对沉底区域的液体产生一定的波动，导致在回流缝隙里产生大量的微小气泡，在这些气泡的带动下，污泥也会出现上浮的现象。
3.2 活性污泥不增加或者减少
在应用活性污泥技术处理污水时，可能会出现活性污泥不增加或者是减少的问题。造成污泥减少的原因一是由于出现污泥上浮的情况，流水将其携带走，从而造成了其减少；
二是水中的有机物含量比较低，不能够为污泥增长提供必需的养料。活性污泥不增长或者是减少等问题都会影响污水的净化效果，影响污水处理的效率。
3.3 泡沫问题
曝气池中出现泡沫会对活性污泥处理污水的效果造成比较大的影响，是影响污水处理效果的主要因素。曝气池中生成泡沫的主要原因是，进水中含有洗涤剂或者是产生泡沫的物质，当曝气池中出现泡沫以后，易使污泥解体，导致活性污泥上浮，从而导致污泥含量降低，影响污水处理的效果。此外，如果曝气池中出现大量的泡沫，会给表面曝气机械设备造成不利的影响，导致曝气叶轮的充氧力发生变化，易腐蚀叶片，对曝气池的日常操作和管理等造成不利的影响。根据泡沫的颜色不同，可以对泡沫产生的原因进行分析和判断。
（1）棕黄色泡沫。出现这种颜色泡沫的主要是由于活性污泥老化导致的，泡沫破裂的时间延长而形成浮渣。
（2）灰黑色泡沫。出现这种颜色泡沫的主要原因是活性污泥缺氧，造成局部厌氧反应。
（3）白色泡沫。出现这种颜色泡沫的主要原因是进水的负荷太高或者是曝气过度。
（4）彩色泡沫。出现这种颜色的泡沫主要原因是进水本身带颜色，且负荷高，这样容易出现彩色泡沫。
除了颜色，曝气池中的泡沫形成还呈现出一定的季节性，这种情况和活性污泥中微丝菌的生理特点有直接关系。微丝菌主要生存在8~20℃，在此温度下其细胞壁具有疏水性，和长链脂肪酸及油脂等疏水性物质有亲和性，在负荷低的时候比菌胶团细菌有竞争优势。
4.1 控制污泥膨胀
对活性污泥处理污水时的污泥膨胀问题进行控制，可以采取以下几方面的措施：
（1）对进水浓度、水处理效果进行结合优化，通过及时改变曝气量，使有机物和曝气量的比例范围处于合理区间。
（2）对排泥量和排泥时间进行严格控制，从而防止丝状细菌污泥膨胀现象的发生。
（3）通过增加曝气量来提高水中溶解氧的浓度，在进行以工业废水为主的污水处理过程中，可以适当在水中加入一定的氮化物、硫化物等，把漂白粉或是液氯等加到回流泥里面，从而有效地控制丝状细菌。
（4）对pH进行合理调节，消除丝状细菌。
4.2 处理污泥脱氮上浮现象
对污泥脱氮上浮的现象进行控制，可以从预防和控制2方面入手：
（1）预防措施。安装浮渣设备，防止污泥向外溢流；
清理沉淀池的死角；
加大池底的坡度，对池底的刮泥设备进行改进，从而使池底不留有污泥；
当曝气池中曝气过度时，会造成污泥剧烈搅拌，产生大量的小气泡，聚集到凝聚体上，从而容易造成污泥脱氮上浮，应对这种情况，需要对曝气量进行有效地控制，将其控制在搅拌所需的合理范围内，同时，在污水进入曝气池之前，需提前去除污水中的脂肪和油脂等杂物[5]。
（2）污泥脱氮上浮的控制方法和措施。①可以通过增加污泥回流量、及时排除污泥等措施，降低池底中污泥的含量；
②可以通过降低曝气量，缩短曝气时间等措施，控制硝化作用；
此外，可以通过纯氧曝气的方式，提高氧气传质速率；
③通过减少二沉淀池进水量、终水回流的方式，稀释和调节曝气池中的进水浓度，使其保持在一定范围内，这样可以减少污泥量；
④对曝气池进水的pH进行有效控制，在曝气池入口位置设置碱池、酸池以及pH检测仪以及自动调节阀等，对进水的pH进行调节。
4.3 解决活性污泥不增长或减少的措施
针对污泥不增长或者是减少的情况，①可以采取增加污泥沉降效率的方式，防止污泥流失；
②通过增加进水量，提高污水中有机物、溶解氧的含量，或者是通过投放营养物质来提高活性污泥产量；
③根据营养物质的变化来调整曝气量，在营养物质少时减少曝气量，而在营养物质多时，则要增加曝气量，从而提高活性污泥速率。
4.4 控制泡沫的方法
在进行活性污泥来进行污水处理时，泡沫会对处理效果和速率造成一定的影响，需要及时采取措施进行控制。为了对泡沫进行控制，不仅要改进活性污泥系统设计，还需要加强体系的管理措施，通过分析产生泡沫的原因，采取针对性的措施来进行控制，提高活性污泥系统运行的效率。具体来说可以采取以下三种措施来控制曝气池的泡沫。
（1）在曝气池表面喷洒自来水，或者是中水。这种方式的优点在于成本低，但是使用自来水会浪费水资源，因此不适合频繁应用。
（2）应用消沫剂。通过在水池中加入柴油、煤油等消沫剂来控制泡沫，这种方法会对水体造成二次污染，需要谨慎使用。
（3）增加回流污泥浓度，保证曝气池里污泥的浓度及微生物群落稳定性，这种方式在控制泡沫方面有着非常好的效果。
造成曝气池中产生泡沫的因素有很多，在实际工作中要根据实际情况，对曝气池的环境条件进行针对性的控制，从而达到有效控制泡沫产生的效果。
在污水处理中活性污泥法具有比较广泛的应用，但是在实际使用过程中会出现污泥上浮、产生泡沫以及活性污泥不增长或减少的问题，影响活性污泥法处理污水的效果。因此，需要加强活性污泥技术的研究，针对活性污泥处理污水过程中存在的问题，采取针对性的措施进行改进，从而提高污水的处理效果。
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