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新视角看污水生物处理的有机物监测

发布时间: 2021-03-30 11:05 来源:苏伊士Sievers分析仪

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在废水处理中,细菌起着很大作用,因此确保细菌在合适的环境中获得养分非常重要。


生物处理是污水处理的重要组成部分,在许多行业中被普遍采用。此二级处理工艺依靠各种细菌来分解污水中的污染物并对水进行净化,最终排放到环境中。常规生物处理系统采用活性污泥去除水中的有机污染物。但还有许多其它生物处理方法对净化污水也非常有效,包括固定床系统,如移动床生物反应器(MBBR)和膜系统,如膜生物反应器(MBR)。各种生物处理方法之间可能存在差异,但保持微生物的健康状况对于优化污水处理工艺中污染物的去除至关重要。


确保将适当数量的“食物”输送给微生物,有助于维持生物处理系统的健康。一般采用“食物与微生物比”(food to microorganism)或“F:M比”参数。当F:M比太低时,“食物”不足,微生物就会“挨饿”。如果F:M太高,污水中的有机物含量高,微生物会很快变得不堪重负,导致污水中污染物的去除不充分。两种情况都会导致生物处理效率低下,因此有必要找到并保持最佳的F:M平衡,以确保充分去除污染物以符合法规排放要求。


F:M比通常由两个常见的检测值确定。在F:M比参数中,F(食物)部分是有机污染物含量,一般使用生化需氧量(BOD5)来检测。5日测试用于检测当细菌分解有机物质时消耗的氧气,从而间接推断水中的碳含量。在F:M中,M(微生物)部分一般通过混合液悬浮固体(MLSS)来检测。这些检测存在一些缺陷,会导致F:M不适用于有效的工艺控制。用于量化微生物水平的MLSS检测无法区分活生物量和死生物量,这不仅使维持最佳F:M比变得非常困难,而且对于理解生物系统的整体健康情况也无法保证。为期5天的BOD检测速度太慢,无法用于工艺决策。当污水处理装置发现碳负荷不平衡时,生物质的不健康状况事实上已持续了多日。这对于污水负荷可变的处理装置尤其是个问题。此外,由于BOD5取决于细菌的使用,因此缺乏可接受的准确性和精确度,且样品中存在的有毒化合物可能会严重干扰检测结果。


对生物质的“食物”进行更准确和有效的监测方法是采用总有机碳TOC分析来直接测定污水中的碳含量。与间接BOD测量不同,TOC分析仪直接检测样品中的碳含量。检测更准确,不存在BOD测试常见的干扰问题。TOC检测可以在数分钟内完成,从而使其成为用于工艺控制和处理优化的更有效工具。通过使用TOC分析来检测生物处理有机物负荷,处理装置可以确定“更真实的F:M比”。


案例一


美国一家大型炼油厂实施了一项为期12个月的研究,对在传统活性污泥生物处理装置中采用TOC分析来确定“真实F:M比”带来的优势进行了分析。通过使用TOC分析快速获得的准确结果,该处理装置能够快速识别有机物负荷变化并确定理想的F:M平衡。工厂认为,当处理装置在其可接受范围内运行时,去除效率非常稳定,且与典型的需氧量测试相比,TOC分析是保持F:M平衡的更有效工具。此外,TOC分析提供的连续在线数据使处理装置能够快速调整流速,并通过确保适当数量的“食物”供给,以使用F:M比,对工艺进行更有效的控制。这减少了生物处理存在的工艺紊乱,并最终节省了与不良微生物健康状况相关的时间和成本。


案例二


除F:M比,TOC分析已成为优化污水生物处理营养平衡的有用工具。许多处理装置要求污水中的碳含量与养分(通常为氮和磷)保持适当的平衡。美国一家大型饮料厂决定将其传统的生物处理系统升级为高流量膜生物反应器(MBR)系统。虽然这有助于降低工厂的占地面积并改善污水中有机物的去除程度,但由于新上的MBR系统流量大且工厂排放污水中糖负荷会发生变化,这就意味着需氧量测试太慢而无法确保生物处理系统的营养平衡。该工厂要求C:N:P养分平衡比为100:5:1,在增加TOC分析后,该工厂能够跟踪污水中有机物含量的变化并快速进行工艺调整。工厂操作人员能够确定碳含量并调整添加到污水中的氮,以保持最佳的养分平衡。新的工艺可以连续地脱除有机物,大大减少了工艺紊乱,每年为工厂节省数十万美元。


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传统上,使用生化需氧量确定废水处理是否有效。


采用总有机碳TOC分析直接监测碳含量,对于尝试优化生物处理工艺的污水处理装置而言可能是一个强大的工具。与传统的需氧量测试不同,TOC分析可在几分钟内提供准确数据,使操作人员能对工艺快速做出控制决策。使用TOC数据保持有效的F:M比或C:N:P养分平衡,可以确保生物处理工艺的优化。通过TOC分析来监测生物反应器的健康状况,有助于工厂最大程度地减少工艺紊乱,有效去除污染物,获得符合法规要求的外排水。


作者简介

Adit Jatkar,苏伊士旗下水务技术与方案——Sievers分析仪全球产品应用专员,

获得普渡大学化学学士学位,拥有分析仪器和工艺化学技术背景,并在水处理和石油化工行业有丰富的工作经验。


本文原文英文版刊登于《Rocky Mountain Water》2020年9月刊。

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