城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)工藝優(yōu)化研究

尹 莉

（天津銳創(chuàng)環(huán)保工程有限公司，天津 300393）

當(dāng)前，隨著科技的飛速發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)也在不斷完善，其中，配套的生化系統(tǒng)可顯著提升污水的處理效率。然而，面對國家生態(tài)城市建設(shè)的緊迫任務(wù)，為了更有效地處理城鎮(zhèn)污水，進一步優(yōu)化生化系統(tǒng)的組成仍然非常關(guān)鍵，這需要在原有的工作基礎(chǔ)上，應(yīng)用切實可行的運行方式。由此，這方面的課題研究得到了社會各界的廣泛關(guān)注[1]。

1 污水處理技術(shù)的價值與作用

1.1 有效改善生態(tài)環(huán)境

城鎮(zhèn)污水如果不經(jīng)過合格處理就直接排放，不僅會影響人們的日常生活以及身體健康，還會對城市環(huán)境造成破壞。因此，可將污水處理技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境工程中，這樣既可以有效改善城市環(huán)境，又可以使城市環(huán)境變得更美好。眾所周知，水資源對人類的生產(chǎn)生活有著至關(guān)重要的作用，而社會的發(fā)展也同樣離不開水資源的支持，這是推動經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的必要條件。通常，應(yīng)用污水處理技術(shù)對污水進行凈化處理，可有效將其中的有害物質(zhì)去除，且處理過后的水資源可以二次利用。這樣不僅可以節(jié)約水資源，還可以促進生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 避免產(chǎn)生不必要的資源浪費

雖然地球上蘊含著大量的水資源，但可供人們正常使用的淡水資源卻非常稀少。而且，由于氣候特征和地形地貌，我國的水資源并不是很充足，再加上污染情況的加重，目前已出現(xiàn)了水資源短缺的情況。為了有效改善這一情況，就需要減少不必要的水資源浪費。所以，節(jié)約水資源，保護環(huán)境勢在必行[2]。隨著城市化建設(shè)的步伐不斷加快，城市的水環(huán)境污染問題越來越突出，因此，面對水資源環(huán)境保護中出現(xiàn)的問題，污水生化處理技術(shù)可以對受污染水體進行有效處理，從而使水資源的污染情況得到極大改善。同時，這種技術(shù)還可以去除污水中含有的有害物質(zhì)或雜質(zhì)，提升污水的純凈度，使經(jīng)過處理的污水能滿足工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活的標準，這對水資源短缺的現(xiàn)象起到了一定的緩解作用。

2 城鎮(zhèn)污水處理過程中生化系統(tǒng)概述

污水生化處理就是生物化學(xué)處理的簡稱，也是現(xiàn)代污水處理中的一種關(guān)鍵的工藝手段，此處講的生化處理是二級處理，主要包括土地處理法、穩(wěn)定塘法、活性污泥法、生物膜法等。其中，最常見的是活性污泥法，該方法能將城鎮(zhèn)污水中的不可沉淀與溶解性懸浮物生物降解為有機物等，最后可實現(xiàn)對水體的有效凈化[3]。截至目前，我們所知道的污染物就高達十萬多種，其中，還有很多有機物存在，而微生物可將其轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)物質(zhì)并吸收，進而產(chǎn)生簡單的無機物或有機物，最終生成二氧化碳和水，從而實現(xiàn)了對廢水有效凈化目的。

根據(jù)相關(guān)實驗證明，微生物作為一個整體，有著十分驚人的有機物分解能力，其能分解自然界中幾乎所有的有機物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等。實際上，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，在城鎮(zhèn)污水處理中，生化系統(tǒng)能夠在人工條件下得以有效強化，并通過創(chuàng)造一個適合微生物生長和發(fā)展的環(huán)境，確保其大量繁殖，從而提升有機物的分解效率。同時，在氧化降解的作用下，可以更好地符合國家污水處理標準的要求[4]。此外，污水生化處理與其他工藝相比，突出的優(yōu)勢是成本與能耗較低、效果理想、可防止二次污染，為此，在城鎮(zhèn)的污水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

3 污水處理過程中生化系統(tǒng)的主要技術(shù)

3.1 好氧生物處理法

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，城鎮(zhèn)污水處理中生化系統(tǒng)的好氧生物處理又可分為兩類，即生物膜法與活性污泥法。其中，活性污泥法主要通過曝氣池中的懸浮流動活性污泥降解有機物。在實際操作中，空氣持續(xù)被引入富含有機污染物與細菌的廢水曝氣池，在經(jīng)過一段時間的生化作用后，會產(chǎn)生懸浮絮狀污泥顆粒，也就是“活性污泥”，然后，混合污水與活性污泥的液體會由曝氣池流過沉淀池進行分離，其中會排放清水，污泥會重新向曝氣池中回流，通過往復(fù)循環(huán)，最后有效實現(xiàn)了城鎮(zhèn)污水的凈化目的。通過科學(xué)實驗數(shù)據(jù)表明，城鎮(zhèn)污水若在曝氣池中停留超過4～6 h，其中有機物的降解率就能夠超過90%。而生物膜法主要也是依靠附著在載體表面的微生物膜對有機質(zhì)進行分 解[5]。

在實際應(yīng)用中，微生物會在塑料、煤渣和碎石等固體填料上附著并得以大量繁殖，然后形成了由真菌、藻類、菌膠團、原生動物組成的污泥狀生物膜，由此對污水中的有機物進行有效吸附與降解，在衰老后會同處理后的污水進入沉淀池進行分離。生物膜法與活性污泥法相比，其對城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)和水量變化有更強的適應(yīng)性，且有良好的操作穩(wěn)定性，但因活性生物人為控制較難，所以使其沒有較強的運行靈活性，同時，也需要很多的載體填料與支撐架構(gòu)，其建設(shè)投資量較大。

3.2 厭氧生物處理法

結(jié)合微生物生化反應(yīng)中對氧的需要與否，可將其分成厭氧、兼氧與好氧三類生物。厭氧生物處理法就是在無氧的條件下，通過利用厭氧微生物的特性將城鎮(zhèn)污水中的有機物進行降解的一種有效的處理方式。近些年，由于我國社會經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展，大量的生產(chǎn)生活消耗導(dǎo)致了嚴峻的能源危機，并且，已然成為一項世界性的難題，而城鎮(zhèn)污水處理的能源化與節(jié)能化的發(fā)展逐漸成為了這個時代的主流，在很大程度上更好地促進了厭氧微生物處理工藝的發(fā)展，并且，在生化系統(tǒng)中也有著更加顯著的作用。所以，在此環(huán)境背景下，研究出了更多的厭氧微生物反應(yīng)器，比如，厭氧流化床、升流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池等，都是將高濃度的生物團注入其中，并且有很長的污泥齡，對于處理城鎮(zhèn)污水的能力較強，能耗也很小，并且剩余污泥量較少，特別是在高濃度的有機污水中，有著更加理想的處理效果。

而厭氧微生物法在處理中，大概可分成水解階段—發(fā)酵階段—乙酸化階段—產(chǎn)甲烷階段。其中，水解階段是通過水解細菌把不溶性的有機物向可溶性有機物轉(zhuǎn)化，并且，通過細菌胞外酶把高分子可溶性有機物向小分子有機物轉(zhuǎn)化，隨后，在酸化菌生物化學(xué)作用下轉(zhuǎn)換成更加簡單的化合物，并在乙酸階段轉(zhuǎn)化成碳酸和乙酸等，最后，通過化學(xué)反應(yīng)在產(chǎn)甲烷階段轉(zhuǎn)化成二氧化碳、甲烷和其他的新細胞物質(zhì)，且最后階段為生化系統(tǒng)降解速率的限制性階段[6]。

4 城鎮(zhèn)污水處理過程中生化系統(tǒng)的注意事項

4.1 溫度

城鎮(zhèn)污水處理中的生化系統(tǒng)作用主要是依賴于微生物的培養(yǎng)工作，其中，最關(guān)鍵的是溫度影響。實際上，溫度會在一定程度上直接影響活性污泥中微生物的活性，并且也能夠?qū)ζ貧饬亢腿芙庋醯却嬖谝欢ㄓ绊?，最終也對生化系統(tǒng)的反應(yīng)速率起著決定性作用。所以，在城鎮(zhèn)污水處理中，生化系統(tǒng)反應(yīng)的各個運行階段的溫度測量與分析是提高生化污泥馴化培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵依據(jù)，這有益于操作人員正確判斷系統(tǒng)的運行，然后應(yīng)用切實可行的處置措施，這也是優(yōu)化生化系統(tǒng)的必然選擇。根據(jù)有關(guān)科學(xué)實驗得知，不同微生物的生長環(huán)境對溫度也有著不同的需求，大概在5～80 ℃內(nèi)，因此，可將微生物劃分為好冷性微生物、好熱性微生物以及中溫性微生物等[7]。

其中，中溫性微生物最理想的生長溫度是20～45 ℃，而好熱性微生物最理想的生長溫度是45～80 ℃，好冷性微生物最理想的生長溫度是5～20 ℃。在整個城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)中，好氧生物大多以中溫細菌為主，而20～37 ℃的溫度環(huán)境空間可以使其有更高的生長繁殖率[8]。而當(dāng)溫度超出微生物能承受的極限時，一定會使蛋白質(zhì)變性，且會使酶系統(tǒng)被破壞，進而使微生物活性喪失，嚴重時會導(dǎo)致微生物死亡。當(dāng)微生物處在低溫環(huán)境下，盡管不會對其生命力帶來危害，但會使其代謝活力降低，進而會使其生長繁殖進入停滯狀態(tài)。所以，控制好城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)的溫度十分關(guān)鍵。

4.2 pH值

除溫度外，影響城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)反應(yīng)速度和效果的另一個關(guān)鍵因素是pH值。在實際應(yīng)用中，不同微生物的pH適應(yīng)范圍存在顯著差異，常規(guī)在4.0～10.0間。在以往的生化研究中，發(fā)現(xiàn)氧化硫桿菌喜歡酸性環(huán)境，最適合于pH值為3.0；酵母和霉菌也喜歡酸性環(huán)境，最理想的pH值為3.0～6.0；而其他細菌適合于pH值為6.5～7.5的中性和堿性環(huán)境。需要注意的是，在城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)中應(yīng)用活性污泥法時，當(dāng)曝氣池中混合物的pH值達到9.0時，原生動物將逐漸陷入停滯狀態(tài)，且隨著菌膠團黏性物質(zhì)的解體，會破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會降低處理效率[9]。實際上，馴化成熟的生化系統(tǒng)具有較好的負荷和抗沖擊能力，但一旦pH值波動較大，就一定會影響反應(yīng)器的效率，嚴重時可能會造成微生物有毒性，進而使反應(yīng)器的功能失效。在此過程中，細胞電荷可能會隨pH值的改變而出現(xiàn)改變，從而使微生物代謝中酶的活性被降低，最后降低了營養(yǎng)物質(zhì)的吸收力。所以，我們應(yīng)重視城鎮(zhèn)污水處理中生化系統(tǒng)的pH值變化，要結(jié)合微生物的種類特點，向其提供最理想的pH生長環(huán)境，從而確保其可以在最優(yōu)的條件下穩(wěn)定運行[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，城鎮(zhèn)污水處理中生化系統(tǒng)的優(yōu)化非常必要與重要，所以，在實踐中，需要了解不同工藝方法的優(yōu)缺點，并根據(jù)具體情況來選擇最優(yōu)的工藝。同時，在城鎮(zhèn)污水生化處理系統(tǒng)的實際應(yīng)用過程中，要重視營造良好的溫度環(huán)境與pH環(huán)境，以此有效提升微生物的反應(yīng)活性，且最大程度滿足更大量的污水處理需求，還要盡可能實現(xiàn)低成本與低能耗的要求。因此，學(xué)術(shù)界應(yīng)對這類課題進行持續(xù)關(guān)注與研究，并根據(jù)具體實況，有針對性地提出更多的有利于城鎮(zhèn)污水處理中生化系統(tǒng)的優(yōu)化建議，從而更好滿足城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設(shè)以及生態(tài)環(huán)保的相關(guān)要求。