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MBBR的特點(diǎn)分析

2022
03-07

21:00:03

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來源:江蘇中達(dá)水處理有限公司

污水的可生化性(Biodegradability),也稱污水的生物可降解性,即污水中有機(jī)污染物被生物降解的難易程度,是污水的重要特性之一。

 

污水存在可生化性差異的主要原因在于污水所含的有機(jī)物中,除一些易被微生物分解、利用外,還含有一些不易被微生物降解、甚至對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用,這些有機(jī)物質(zhì)的生物降解性質(zhì)以及在污水中的相對含量決定了該種污水采用生物法處理(通常指好氧生物處理)的可行性及難易程度。在特定情況下,污水的可生化性除了體現(xiàn)污水中有機(jī)污染物能否可以被利用以及被利用的程度外,還反映了處理過程中微生物對有機(jī)污染物的利用速度:一旦微生物的分解利用速度過慢,導(dǎo)致處理過程所需時間過長,在實(shí)際的污水工程中很難實(shí)現(xiàn),因此,一般也認(rèn)為該種污水的可生化性不高[6]。

 

確定處理對象污水的可生化性,對于污水處理方法的選擇、確定生化處理工段進(jìn)水量、有機(jī)負(fù)荷等重要工藝參數(shù)具有重要的意義。國內(nèi)外對于可生化性的判定方法根據(jù)采用的判定參數(shù)大致可以分為好氧呼吸參量法、微生物生理指標(biāo)法、模擬實(shí)驗(yàn)法以及綜合模型法等。

 

1好氧呼吸參量法

 

微生物對有機(jī)污染物的好氧降解過程中,除COD(Chemical Oxygen Demand化學(xué)需氧量)、BOD(Biological Oxygen Demand生化需氧量)等水質(zhì)指標(biāo)的變化外,同時伴隨著O2的消耗和CO2的生成。

 

好氧呼吸參量法是就是利用上述事實(shí),通過測定COD、BOD等水質(zhì)指標(biāo)的變化以及呼吸代謝過程中的O2或CO2含量(或消耗、生成速率)的變化來確定某種有機(jī)污染物(或污水)可生化性的判定方法。根據(jù)所采用的水質(zhì)指標(biāo),主要可以分為:水質(zhì)指標(biāo)評價法、微生物呼吸曲線法、CO2生成量測定法。

 

1.1水質(zhì)指標(biāo)評價法

 

BOD5/CODCr比值法是zui經(jīng)典、也是目前zui為常用的一種評價污水可生化性的水質(zhì)指標(biāo)評價法。

 

BOD是指有氧條件下好氧微生物分解利用污水中有機(jī)污染物進(jìn)行新陳代謝過程中所消耗的氧量,我們通常是將BOD5(五天生化需氧量)直接代表污水中可生物降解的那部分有機(jī)物。CODCr是指利用化學(xué)氧化劑(K2Cr2O7)*氧化污水中有機(jī)污染物過程中所消耗氧的量,通常將CODCr代表污水中有機(jī)污染物的總量。

 

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為BOD5/CODCr,即B/C比值體現(xiàn)了污水中可生物降解的有機(jī)污染物占有機(jī)污染物總量的比例,從而可以用該值來評價污水在好氧條件下的微生物可降解性。目前普遍認(rèn)為,BOD/COD<0.3的污水屬于難生物降解污水,在進(jìn)行必要的預(yù)處理之前不易采用好氧生物處理;而BOD/COD>0.3的污水屬于可生物降解污水。該比值越高,表明污水采用好氧生物處理所達(dá)到的效果越好。

 

在各種有機(jī)污染指標(biāo)中,總有機(jī)碳(TOC)、總需氧量(TOD)等指標(biāo)與COD相比,能夠更為快速地通過儀器測定,且測定過程更加可靠,可以更加準(zhǔn)確地反映出污水中有機(jī)污染物的含量。隨著近幾年來上述指標(biāo)測定方法的發(fā)展、改進(jìn),國外多采用BOD /TOD及BOD /TOC的比值作為污水可生化性判定指標(biāo),并給出了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。但無論BOD/COD、BOD/TOD或者BOD/TOC,方法的主要原理都是通過測定可生物降解的有機(jī)物(BOD)占總有機(jī)物(COD、TOD或TOC)的比例來判定污水可生化性的。

 

該種判定方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于:BOD、COD等水質(zhì)指標(biāo)的意義已被廣泛了解和接受,且測定方法成熟,所需儀器簡單。

 

但該判定方法也存在明顯不足,導(dǎo)致該種方法在應(yīng)用過程中有較大的局限性。首先,BOD本身是一個經(jīng)驗(yàn)參數(shù),必須在嚴(yán)格一致的測試條件下才能比較它們的重現(xiàn)性和可比性。測試條件的任何偏差都將導(dǎo)*不穩(wěn)定的測試結(jié)果,稀釋過程、分析者的經(jīng)驗(yàn)以及接種材料的變化都可以導(dǎo)致BOD測試的較大誤差,同時,我們又很難找到一個標(biāo)準(zhǔn)接種材料來檢驗(yàn)所接種的微生物究竟帶來多大的誤差,也不知道究竟哪一個測量值更接近于真值。實(shí)際上,不同實(shí)驗(yàn)室對同一水樣的BOD測試的結(jié)果重現(xiàn)性很差,其原因可能在于稀釋水的制備過程或不同實(shí)驗(yàn)室具體操作差異所帶來的誤差;其次,國內(nèi)外學(xué)者對各類工業(yè)污水和城市污水的BOD與COD數(shù)值做了大量的測定工作,并確定了能表征兩者相關(guān)性的關(guān)系式:

 

                     COD=a+bBOD                               (1)

 

   式(1)中 a=CODnB,b=CODB/BOD

 

CODnB — 不能被生物降解的那部分有機(jī)物的COD值;

 

CODB — 能被生物降解的那部分有機(jī)物的COD值。

 

根據(jù)公式1可以看出,BOD/COD值不能表示可生物降解的有機(jī)物占全部有機(jī)物的比值,只有當(dāng)a值為零時污水的BOD/COD比值才是常數(shù);zui后,污水的某些性質(zhì)也會使采用該種方法判定污水可生化性產(chǎn)生誤差甚至得到相反的結(jié)論,如:BOD無法反映污水中有害有毒物質(zhì)對于微生物的抑制作用,當(dāng)污水中含有降解緩慢的有機(jī)污染物懸浮、膠體污染物時,BOD與COD之間不存在良好的相關(guān)性。

 

1.2微生物呼吸曲線法

 

微生物呼吸曲線是以時間為橫坐標(biāo),以生化反應(yīng)過程中的耗氧量為縱坐標(biāo)作圖得到的一條曲線,曲線特征主要取決于污水中有機(jī)物的性質(zhì)[14]。測定耗氧速度的儀器有瓦勃氏呼吸儀和電極式溶解氧測定儀[15]。

 

微生物內(nèi)源呼吸曲線:當(dāng)微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸期時,耗氧速率恒定,耗氧量與時間呈正比,在微生物呼吸曲線圖上表現(xiàn)為一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,其斜率即表示內(nèi)源呼吸時耗氧速率。如圖1所示,比較微生物呼吸曲線與微生物內(nèi)源呼吸曲線,曲線a位于微生物內(nèi)源呼吸曲線上部,表明污水中的有機(jī)污染物能被微生物降解,耗氧速率大于內(nèi)源呼吸時的耗氧速率,經(jīng)一段時間曲線a與內(nèi)源呼吸線幾乎平行,表明基質(zhì)的生物降解已基本完成,微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段;曲線b與微生物內(nèi)源呼吸曲線重合,表明污水中的有機(jī)污染物不能被微生物降解,但也未對微生物產(chǎn)生抑制作用,微生物維持內(nèi)源呼吸,曲線c位于微生物內(nèi)源呼吸曲線下端,耗氧速率小于內(nèi)源呼吸時的耗氧速率,表明污水中的有機(jī)污染物不能被微生物降解,而且對微生物具有抑制或毒害作用,微生物呼吸曲線一旦與橫坐標(biāo)重合,則說明微生物的呼吸已停止,死亡。將微生物呼吸曲線圖的橫坐標(biāo)改為基質(zhì)濃度,則變?yōu)榱硪环N可生化性判定方法—耗氧曲線法,雖然圖的含義不同,但是與微生物呼吸曲線法的原理和實(shí)驗(yàn)方法是一致的。有污水需要處理的單位,也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

 

該種判定方法與其他方法相比,操作簡單、實(shí)驗(yàn)周期短,可以滿足大批量數(shù)據(jù)的測定。但必須指出,用此種方法來評價污水的可生化性、必須對微生物的來源、濃度、馴化和有機(jī)污染物的濃度及反應(yīng)時間等條件作嚴(yán)格的規(guī)定,加之測定所需的儀器在國內(nèi)的普及率不高,因此在國內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛。

 

1.3CO2生成量測定法

 

微生物在降解污染物的過程中,在消耗污水中O2的同時會生成相應(yīng)數(shù)量的CO2。因此,通過測定生化反應(yīng)過程CO2的生成量,就可以判斷污染物的可生物降解性。

 

目前常用的方法為斯特姆測定法,反應(yīng)時間為28d,可以比較CO2的實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量來判定污水的可生化性,也可以利用CO2/DOC值來判定污水的可生化性。由于該種判定實(shí)驗(yàn)需采用特殊的儀器和方法,操作復(fù)雜,*于實(shí)驗(yàn)室研究使用,在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用還未見報道。

 

2微生物生理指標(biāo)法

 

微生物與污水接觸后,利用污水中的有機(jī)物作為碳源和能源進(jìn)行新陳代謝,微生物生理指標(biāo)法就是通過觀察微生物新陳代謝過程中重要的生理生化指標(biāo)的變化來判定該種污水的可生化性。目前可以作為判定依據(jù)的生理生化指標(biāo)主要有:脫氫酶活性、三磷酸腺苷(ATP)。

 

2.1脫氫酶活性指標(biāo)法

 

微生物對有機(jī)物的氧化分解是在各種酶的參與下完成的,其中脫氫酶起著重要的作用:催化氫從被氧化的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)。由于脫氫酶對毒物的作用非常敏感,當(dāng)有毒物存在時,它的活性(單位時間內(nèi)活化氫的能力)下降。因此,可以利用脫氫酶活性作為評價微生物分解污染物能力的指標(biāo):如果在以某種污水(有機(jī)污染物)為基質(zhì)的培養(yǎng)液中生長的微生物脫氫酶的活性增加,則表明微生物能夠降解該種污水(有機(jī)污染物)。

 

2.2三磷酸腺苷(ATP)指標(biāo)法

 

微生物對污染物的氧化降解過程,實(shí)際上是能量代謝過程,微生物產(chǎn)能能力的大小直接反映其活性的高低。三磷酸腺苷(ATP)是微生物細(xì)胞中貯存能量的物質(zhì),因而可通過測定細(xì)胞中ATP的水平來反映微生物的活性程度,并作為評價微生物降解有機(jī)污染物能力的指標(biāo),如果在以某種污水(有機(jī)污染物)為基質(zhì)的培養(yǎng)液中生長的微生物ATP的活性增加,則表明微生物能夠降解該種污水(有機(jī)污染物)。

 

此外,微生物生理指標(biāo)法還有細(xì)菌標(biāo)準(zhǔn)平板計數(shù)、DNA測定法、INT測定法、發(fā)光細(xì)菌光強(qiáng)測定法等[19]。

 

雖然目前脫氫酶活性、ATP等測定都已有較成熟的方法,但由于這些參數(shù)的測定對儀器和藥品的要求較高,操作也較復(fù)雜,因此目前微生物生理指標(biāo)法主要還是用于單一有機(jī)污染物的生物可降解性和生態(tài)毒性的判定。

 

3模擬實(shí)驗(yàn)法

 

模擬實(shí)驗(yàn)法是指直接通過模擬實(shí)際污水處理過程來判斷污水生物處理可行性的方法。根據(jù)模擬過程與實(shí)際過程的近似程度,可以大致分為培養(yǎng)液測定法和模擬生化反應(yīng)器法。

 

3.1培養(yǎng)液測定法

 

培養(yǎng)液測定法又稱搖床試驗(yàn)法,具體操作方法是:在一系列三角瓶內(nèi)裝入某種污染物(或污水)為碳源的培養(yǎng)液,加入適當(dāng)N、P等營養(yǎng)物質(zhì),調(diào)節(jié)pH值,然后向瓶內(nèi)接種一種或多種微生物(或經(jīng)馴化的活性污泥),將三角瓶置于搖床上進(jìn)行振蕩,模擬實(shí)際好氧處理過程,在一定階段內(nèi)連續(xù)監(jiān)測三角瓶內(nèi)培養(yǎng)液物理外觀(濃度、顏色、嗅味等)上的變化,微生物(菌種、生物量及生物相等)的變化以及培養(yǎng)液各項(xiàng)指標(biāo):pH、COD或某污染物濃度的變化。

 

3.2模擬生化反應(yīng)器法

 

模擬生化反應(yīng)器法是在模型生化反應(yīng)器(如曝氣池模型)中進(jìn)行的,通過在生化模型中模擬實(shí)際污水處理設(shè)施(如曝氣池)的反應(yīng)條件,如:MLSS濃度、溫度、DO、F/M比等,來預(yù)測各種污水在污水處理設(shè)施中的去除效果,及其各種因素對生物處理的影響。

 

由于模擬實(shí)驗(yàn)法采用的微生物、污水與實(shí)際過程相同,而且生化反應(yīng)條件也接近實(shí)際值,從水處理研究的角度來講,相當(dāng)于實(shí)際處理工藝的小試研究,各種實(shí)際出現(xiàn)的影響因素都可以在實(shí)驗(yàn)過程中體現(xiàn),避免了其他判定方法在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的誤差,且由于實(shí)驗(yàn)條件和反應(yīng)空間更接近于實(shí)際情況,因此模擬實(shí)驗(yàn)法與培養(yǎng)液測定法相比,能夠更準(zhǔn)確地說明污水生物處理的可行性。

 

但正是由于該種判定方法針對性過強(qiáng),各種污水間的測定結(jié)果沒有可比性,因此不容易形成一套系統(tǒng)的理論,而且小試過程的判定結(jié)果在實(shí)際放大過程中也可能造成一定的誤差。

 

4綜合模型法

 

綜合模型法主要是針對某種有機(jī)污染物的可生化的判定,通過對大量的已知污染物的生物降解性和分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)性利用計算機(jī)模擬預(yù)測新的有機(jī)化合物的生物可降解性,主要的模型有:BIODEG模型、PLS模型等。

 

綜合模型法需要依靠龐大的已知污染物的生物降解性數(shù)據(jù)庫(如EU的EINECS數(shù)據(jù)庫),而且模擬過程復(fù)雜,耗資大,主要用于預(yù)測新化合物的可生化性和進(jìn)入環(huán)境后的降解途徑 。

 

除以上的可生化性判定方法之外,近年來還發(fā)展了許多其他方法,如利用多級過濾和超濾的方法得到污水的粒徑分布PSD(particle size distribution)和COD分布來作為預(yù)測污水可生化性的指標(biāo);利用耗氧量、生化反應(yīng)某端產(chǎn)物、生物活性值聯(lián)合評價污水的可生化性;利用經(jīng)驗(yàn)流程圖來預(yù)測某種有機(jī)污染物的可生化性。

 

綜上所述,目前國內(nèi)外對于污水的可生化性判定方法各有千秋,在實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)污水的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件來選擇合適的判定方法。

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