生物處理的理論基礎(chǔ)
活性污泥工藝的減量化目的是在最大限度降低BOD的同時(shí)，減少污泥的產(chǎn)量。常規(guī)活性污泥工藝除了氮和磷不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)外，另一個(gè)主要的弱點(diǎn)是污泥產(chǎn)量大。污泥減量的生物處理工藝就是在活性污泥處理污水過(guò)程中減少剩余污泥的產(chǎn)量。生物處理的理論基礎(chǔ)主要有維持代謝和內(nèi)源代謝以及解偶聯(lián)代謝理論。
1）維持代謝和內(nèi)源代謝
1965年P(guān)irt把微生物用于維持其生活功能的這部分能量稱為維持代謝能量，一般認(rèn)為，維持代謝包括細(xì)胞物質(zhì)的周轉(zhuǎn)、活性運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)等，這部分基質(zhì)消耗不用來(lái)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此，污泥的產(chǎn)量和維持代謝的活性呈負(fù)相關(guān)。Herbert在1956年提出，維持能量可通過(guò)內(nèi)源代謝來(lái)提供，部分細(xì)胞被氧化而產(chǎn)生維持能量。從環(huán)境工程角度看，內(nèi)源呼吸通常指生物量的自我消化，在連續(xù)培養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)可同時(shí)發(fā)生內(nèi)源代謝。內(nèi)源代謝的主要優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)入的基質(zhì)最終被呼吸成為二氧化碳和水，使生物量下降。因此，在廢水處理工藝中，內(nèi)源呼吸的控制比微生物生長(zhǎng)控制和基質(zhì)去除控制更為重要。
2）解偶聯(lián)代謝
代謝是生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的總稱，分為分解代謝和合成代謝。微生物學(xué)家認(rèn)為，細(xì)胞產(chǎn)量和分解代謝產(chǎn)生的能量直接相關(guān)，但在某些條件下，如存在質(zhì)子載體、重金屬、異常溫度和好氧一厭氧交替循環(huán)時(shí)，呼吸超過(guò)了ATP產(chǎn)量，即分解代謝和合成代謝解偶聯(lián)，此時(shí)微生物能過(guò)量消耗底物，底物的消耗速率很高。Cook和Russell報(bào)道，在完全停止生長(zhǎng)時(shí)細(xì)菌利用能源的速率比對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期高三分之一，這表明細(xì)胞能通過(guò)消耗膜電勢(shì)、ATP水解和無(wú)效循環(huán)處置其胞內(nèi)能量。在解偶聯(lián)條件下，大部分底物被氧化為二氧化碳，產(chǎn)生的能量用于驅(qū)動(dòng)無(wú)效循環(huán)，但對(duì)底物的去除率不會(huì)產(chǎn)生重大影響。能量解偶聯(lián)的特殊性在于它是微生物對(duì)底物的分解和再生，而沒(méi)有細(xì)胞質(zhì)量的相應(yīng)變化。從環(huán)境工程意義上講，能量解偶聯(lián)可用于解釋底物消耗速率高于生長(zhǎng)和維持所需之現(xiàn)象。因此，在能量解偶聯(lián)條件下活性污泥的產(chǎn)率下降，污泥產(chǎn)量也隨之降低。通過(guò)控制微生物的代謝狀態(tài)，最大程度地分離合成代謝和分解代謝，則可以實(shí)現(xiàn)剩余污泥的減量化。
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