生物選擇器的作用機理和設計方法

前言

為了控制活性污泥法污水處理廠(chǎng)的絲狀污泥膨脹，近年來(lái)生物選擇器的應用越來(lái)越多，但就設置生物選擇器的污水廠(chǎng)如何進(jìn)行參數選擇和水力設計設計尚沒(méi)有明確的方法，為了更好地優(yōu)化生物的選擇器的設計，發(fā)揮其功能作用，筆者根據一些工程的實(shí)踐經(jīng)驗和實(shí)驗研究的結果，總結出以下設計方法供大家參考指正。

1生物選擇器的作用機理與分類(lèi)

1.1. 生物選擇器的定義

為了促進(jìn)快速生長(cháng)菌(非絲狀菌)的生長(cháng)，抑制慢速生長(cháng)菌(絲狀菌)的生長(cháng)而在曝氣池的入口處設置的旨在維持較高的底物濃度的一段區域。

1.2. 動(dòng)力學(xué)選擇作用

微生物生長(cháng)的符合Monod方程：

Chudoba[1-3]的研究結果表明，大多數的絲狀菌的KS和值比絮體形成菌低。按照Monod方程，具有較低的KS和 值的微生物當曝氣池內基質(zhì)濃度較低時(shí)具有較高的生長(cháng)速率并占優(yōu)勢，而在高基質(zhì)濃度條件下則正好相反，在選擇器中底物濃度較高，所以絮體形成菌具有較高的生長(cháng)速率，進(jìn)入主曝氣區后，底物濃度較低，絲狀菌生長(cháng)占優(yōu)勢，從而在整個(gè)系統內將絲狀菌和絮體形成菌保持在一個(gè)合理的比例，從而起到控制污泥膨脹的作用。

1.3. 吸收作用

在介紹吸收作用之前需澄清一個(gè)概念：吸附作用（adsorption）和吸收作用(absorption)。吸附作用是指污水和污泥接觸的初期，污水中顆粒狀和膠體狀的非溶解態(tài)的有機物被活性較強的污泥吸附在表面，從而使混合液中的BOD迅速下降，在胞外水解酶的作用下，吸附在污泥顆粒表面的非溶解的有機物被水解成可溶性小分子，回到混合液中，從而水中的BOD又開(kāi)始上升，即存在釋放現象。而吸收作用是指混合液中溶解性小分子有機物穿過(guò)細胞膜進(jìn)入細胞內，以前人們認為這個(gè)作用對水中的BOD的去除不會(huì )很快，但最近的研究表明，菌膠團細菌在負荷為150mgCOD/gVSS 的情況下，最初的30min之內，混合液中可降解的溶解性COD的去除率能達到65%以上，一般認為由吸收作用引起的初期去除不會(huì )存在釋放現象。筆者的實(shí)驗也證實(shí)了這一點(diǎn)。

一般認為絮體形成菌比絲狀菌對底物具有較高的吸收能力，在選擇器內高底物濃度條件下，絮體形成菌吸收了較多的有機物貯存在體內，進(jìn)入主曝氣區后利用這部分有機物繼續生長(cháng)，使絮體形成菌占優(yōu)勢，從而控制污泥膨脹。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

1.4. 生物選擇器的分類(lèi)

根據在生物選擇器內曝氣與否，一般將生物選擇器分為好氧、缺氧和厭氧生物選擇器。

2設計方法

生物選擇器的設計要確定以下幾個(gè)參數：選擇器的容積、污泥回流量、選擇器的布置。其設計也有幾種不同的方法，這里介紹一種較易應用的設計方法—絮體負荷設計法。

2.1. 污泥回流量

所謂絮體負荷即在污水與回流污泥接觸的瞬間混合液中溶解性COD與污泥濃度的比值。即：

(式1)

式中：

FL—絮體負荷(mgCOD/gMLSS)；

CODi—進(jìn)水中溶解性COD濃度(mg/L)，其與污水中總COD的比值f與污水性質(zhì)有關(guān)，對一般的城市污水，建議取f=0.3，對工業(yè)廢水需作調查研究；

Xr—回流污泥濃度（gMLSS/L），對設有二沉池的系統取二沉池底泥濃度，對SBR工藝取最高水位和最低水位時(shí)污泥濃度的平均值；

Q、Qr—進(jìn)水、回流污泥流量(m3/h)。

根據現有的研究和工程實(shí)踐結果表明，當絮體負荷為50~150mgCOD/gMLSS時(shí)較適宜絮體形成菌的生長(cháng)。因為設計參數為設計的最高水質(zhì)，所以建議設計時(shí)取上限值，這樣當進(jìn)水COD和水量小于設計參數時(shí)，絮體負荷仍在上述范圍內。

據此推算得污泥回流比為：

(式2)

當工藝要求回流比大于上值時(shí)，應將超過(guò)部分直接回流到主曝氣區，否則選擇器將不起作用。

2.2. 選擇器容積

根據選擇器的類(lèi)別不同，選擇器的容積要求也不同，一般來(lái)講，對于好氧生物選擇器其混合液接觸時(shí)間取T＝15~30min，對缺氧和厭氧生物選擇器一般取T＝30~60min。因此其容積為：

(式3)

2.3. 選擇器的布置

選擇器一般布置在生化系統的前端，并需分格以保證選擇內的絮體負荷梯度，選擇器格數太少絮體負荷不能保證，分格太多無(wú)太大意義，一般來(lái)講分格在5格時(shí)已足夠。但分格的同時(shí)也要保證一定的水平流速或豎向流速以防污泥在選擇器內沉積，對于缺氧和厭氧選擇器尤其要注意這一點(diǎn)，必要時(shí)設置攪拌裝置。實(shí)際應用時(shí)，考慮水平流速或豎向流速v不小于25m/h即可。故選擇器截面積為：

(式4)

式中：

F—選擇器分格截面積（m2）；

v—水平或豎向流速（m/h）。

3 設計舉例

設一污水廠(chǎng)設計進(jìn)水總CODt=500mg/L，溶解性組份比例f=0.3，進(jìn)水流量1000m3/h，回流污泥濃度Xr=8gMLSS/L。采用缺氧選擇器，其停留時(shí)間取T＝60min，有效水深H＝4m。

a．回流污泥量

回流比

回流污泥流量

b．選擇器容積

則選擇器的面積為：

c．選擇器分格，設計采用豎向分格，則每格的截面積為：

共應分格為

以上為筆者根據工程實(shí)踐和研究報導的結果基礎上整理出來(lái)的設計方法，其考慮的因素雖不如一些其它設計方法全面，但在工程設計上較易應用且一般來(lái)講也滿(mǎn)足了設計需要，不失為一種較為簡(jiǎn)單易行的設計方法。（谷騰水網(wǎng)）