生物選擇器的作用機理和設(shè)計方法
前言
為了控制活性污泥法污水處理廠的絲狀污泥膨脹，近年來生物選擇器的應(yīng)用越來越多，但就設(shè)置生物選擇器的污水廠如何進行參數(shù)選擇和水力設(shè)計設(shè)計尚沒有明確的方法，為了更好地優(yōu)化生物的選擇器的設(shè)計，發(fā)揮其功能作用，筆者根據(jù)一些工程的實踐經(jīng)驗和實驗研究的結(jié)果，總結(jié)出以下設(shè)計方法供大家參考指正。
1生物選擇器的作用機理與分類
1.1. 生物選擇器的定義
為了促進快速生長菌(非絲狀菌)的生長，抑制慢速生長菌(絲狀菌)的生長而在曝氣池的入口處設(shè)置的旨在維持較高的底物濃度的一段區(qū)域。
1.2. 動力學(xué)選擇作用
微生物生長的符合Monod方程：
Chudoba[1-3]的研究結(jié)果表明，大多數(shù)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(dāng)曝氣池內(nèi)基質(zhì)濃度較低時具有較高的生長速率并占優(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速率，進入主曝氣區(qū)后，底物濃度較低，絲狀菌生長占優(yōu)勢，從而在整個系統(tǒng)內(nèi)將絲狀菌和絮體形成菌保持在一個合理的比例，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又開始上升，即存在釋放現(xiàn)象。而吸收作用是指混合液中溶解性小分子有機物穿過細胞膜進入細胞內(nèi)，以前人們認為這個作用對水中的BOD的去除不會很快，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(nèi)，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存在釋放現(xiàn)象。筆者的實驗也證實了這一點。
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(nèi)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(nèi)，進入主曝氣區(qū)后利用這部分有機物繼續(xù)生長，使絮體形成菌占優(yōu)勢，從而控制污泥膨脹。
1.4. 生物選擇器的分類
根據(jù)在生物選擇器內(nèi)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(shè)計方法
生物選擇器的設(shè)計要確定以下幾個參數(shù)：選擇器的容積、污泥回流量、選擇器的布置。其設(shè)計也有幾種不同的方法，這里介紹一種較易應(yīng)用的設(shè)計方法—絮體負荷設(shè)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：
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(式1)
式中：
FL—絮體負荷(mgCOD/gMLSS)；
CODi—進水中溶解性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(diào)查研究；
Xr—回流污泥濃度（gMLSS/L），對設(shè)有二沉池的系統(tǒng)取二沉池底泥濃度，對SBR工藝取最高水位和最低水位時污泥濃度的平均值；
Q、Qr—進水、回流污泥流量(m3/h)。
根據(jù)現(xiàn)有的研究和工程實踐結(jié)果表明，當(dāng)絮體負荷為50~150mgCOD/gMLSS時較適宜絮體形成菌的生長。因為設(shè)計參數(shù)為設(shè)計的最高水質(zhì)，所以建議設(shè)計時取上限值，這樣當(dāng)進水COD和水量小于設(shè)計參數(shù)時，絮體負荷仍在上述范圍內(nèi)。
據(jù)此推算得污泥回流比為：
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(式2)
當(dāng)工藝要求回流比大于上值時，應(yīng)將超過部分直接回流到主曝氣區(qū)，否則選擇器將不起作用。
2.2. 選擇器容積
根據(jù)選擇器的類別不同，選擇器的容積要求也不同，一般來講，對于好氧生物選擇器其混合液接觸時間取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：
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(式3)
2.3. 選擇器的布置
選擇器一般布置在生化系統(tǒng)的前端，并需分格以保證選擇內(nèi)的絮體負荷梯度，選擇器格數(shù)太少絮體負荷不能保證，分格太多無太大意義，一般來講分格在5格時已足夠。但分格的同時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(nèi)沉積，對于缺氧和厭氧選擇器尤其要注意這一點，必要時設(shè)置攪拌裝置。實際應(yīng)用時，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：
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(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(shè)計舉例
設(shè)一污水廠設(shè)計進水總CODt=500mg/L，溶解性組份比例f=0.3，進水流量1000m3/h，回流污泥濃度Xr=8gMLSS/L。采用缺氧選擇器，其停留時間取T＝60min，有效水深H＝4m。
a．回流污泥量
回流比
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回流污泥流量
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b．選擇器容積
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則選擇器的面積為：
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c．選擇器分格，設(shè)計采用豎向分格，則每格的截面積為：
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共應(yīng)分格為
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以上為筆者根據(jù)工程實踐和研究報導(dǎo)的結(jié)果基礎(chǔ)上整理出來的設(shè)計方法，其考慮的因素雖不如一些其它設(shè)計方法全面，但在工程設(shè)計上較易應(yīng)用且一般來講也滿足了設(shè)計需要，不失為一種較為簡單易行的設(shè)計方法，供大家參考，不足之處，請大家不吝指正。
參考文獻：
1.李彩斌、汪慧貞, “好氧生物選擇器中曝氣池運行參數(shù)的研究”，給水排水，2000年第2期
2.J. Chudoba etc., (1973a) “Control of activated Sludge filamentous bulking - I. Effect of the hydraulic regime or degree of mixing in an aeration tank”. Water Research Vol. 7, pp.1163-1182
3.J. Chudoba etc., (1973b) “Control of activated Sludge filamentous bulking - II. Selection of microorganisms by means of a selector”, Water Research Vol. 7, pp.1389-1406
4.J. Chudoba etc.,(1985) “Control of activated Sludge filamentous bulking – Experimental verification of a kinetic selection theory”, Water Research Vol. 19, No.2 pp.191-196
5.王凱軍 《活性污泥膨脹的機理與控制》 中國環(huán)境科學(xué)出版社 1992
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