1立方米/時地埋式一體化污水處理設備
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污水生物處理技術是指利用微生物的呼吸代謝作用去除污水中有機污染物的一種方法。微生物呼吸過程常伴隨著基質減少、O2 消耗、CO2 生成和能量釋放等現象，呼吸測量技術就是通過測定微生物呼吸過程中這些物理量的變化來評價污水生物處理系統中微生物的代謝活性、污水中有機物的生物降解性、短期生化需氧量( BODst ) 和有毒物質的影響等過程。
呼吸測量技術在污水生物處理中的應用始于20 世紀 50 ～ 60 年代，目前已廣泛應用于活性污泥中微生物活性的分析測定、生物異源物質的毒性評價、城市污水廠毒性進水的檢測與評價等方面。根據微生物呼吸原理，污水生物處理系統中的呼吸測量技術主要分為 3 類: 基于產物 CO2、CH4 的呼吸測量技術、基于消耗物 O2 的呼吸測量技術和基于電化學的呼吸測量技術。筆者主要從以上 3 個方面闡述呼吸測量技術在污水生物處理系統中的應用現狀及研究進展，旨在推動呼吸測量技術在污水生物處理系統中的進一步發展和應用。
1 基于產物 CO2、CH4 的呼吸測量技術
對于污水生物處理系統而言，污水的生物降解性通常采用綜合水質指標 BOD5 / CODCr 表示，雖然該值可以反映生物處理工藝對廢水中有機物的降解程度，但不能反映構成廢水 COD 的單項有機物的降解效果。尤其當污水中含有較多難降解有機物( 如多環芳烴、多氯聯苯、鹵代有機化合物、雜環化合物等) 時，對其生物降解性進行分析測定，評價有機物在污水中的遷移轉化規律及其生態與健康風險，以及預測其在污水生物處理系統中的去除效果等都具有重要的意義。
有機物的生物降解性評價方法通常有 2 種: 一種是通過測定某種物質生物降解前后的濃度變化來評估其分解難易或降解快慢程度; 另一種是通過測定生物分解過程中氣態產物的生成量間接評價有機物的生物降解性。其中，基于產物 CO2 、CH4 的呼吸測量技術是指通過測定微生物在好氧呼吸時CO2 生成量或在無氧呼吸時 CO2 、CH4 等氣態產物的生成量來間接反映和評價有機物的生物降解性的方法。該技術根據生成氣態產物的監測方法，主要分為CO2 堿溶液吸收法和氣相CO2 、CH4 直接檢測法。CO2 堿溶液吸收法的典型代表是世界經濟合作與發展組織( OECD) 提出的OECD 301B CO2 評價試驗，該方法采用微生物降解基質過程中 CO 生成量來評價有機物的生物降解性，測試裝置如圖 1 所示。He 等[6]采用 OECD 301B 標準研究了 24 種合成芳香族化合物的生物降解性，通過單一受試物 28 d 實際生物降解生成的 CO2 量與理論生成的CO2 量之比可知，24 種化合物的生物降解性在2. 2% ～ 80. 7%之間。
宋佳秀等通過厭氧消化實驗馴化污水廠剩余污泥的醌呼吸微生物，采用氣相色譜法檢測厭氧呼吸過程中產生的氣相 CO2、CH4，結果表明: 醌呼吸微生物具有還原腐殖質能力，富集醌呼吸微生物過程的 CO2 / CH4 比正常厭氧消化實驗高出 1. 7 倍，即醌呼吸微生物與產甲烷微生物在厭氧消化過程中共同爭奪氫供體。基于產物 CO2、CH4 的呼吸測量技術主要用于評價有機物的生物降解性，然而，完成一次生物降解性測試的時間較長，一般需要 20 ～ 30 d，且好氧呼吸過程必須通入不含 CO2 的空氣或通入純氧來保持有氧環境; 此外，實驗過程中產生的一部分 CO2 產物會溶于液體樣品中，導致測試結果產生一定的誤差。該方法的優點是測試結果不受硝化作用、微生物細胞吸附作用和無機還原性物質的影響，且在恒定運行條件下微生物產氣的濃度與有機物污染的程度密切相關。1 低濃度生活污水現象
低濃度生活污水，主要是指污水處理廠( 站) 進水有機物濃度低于典型生活污水的有機物濃度，即 ρ( COD) <250 mg / L、ρ( BOD5) <100 mg / L 。我國村鎮污水處理廠( 站) 、城市污水處理廠均存在低濃度生活污水的現象。例如，張靜等[2]就巢湖流域內 19個已建成運行的村鎮污水廠進行調研后發現，16 個村鎮污水廠的進水 ρ( COD) < 100 mg / L; 周曉莉等[3]監測江蘇省 20 個村級生活污水處理設施 1 年后發現，進水 ρ( COD) 年平均值為 154. 6 mg / L，全年進水 ρ( COD) <100 mg / L 的樣本占總數的 61. 9%。
1立方米/時地埋式一體化污水處理設備1999 年有文獻報道南方多個城市污水處理廠的實際運行水質遠低于設計值，為設計值的1 /2 ～ 1 /3; 截至 2014 年末，湖南省已運行的 138 座城鎮污水處理廠中，90 座污水廠的進水 ρ ( COD )<200 mg / L，25 座進水 ρ ( BOD5 ) / ρ ( COD) < 0. 3 。邱鴻榮等[6]對廣東省 60 多座污水處理廠調查后發現，40 多座污水廠存在進水有機物濃度過低的現象，其中 23 座進水 ρ( COD) < 100 mg / L，10 座污水廠進水ρ( COD) <60 mg / L; 南昌中心城區 5 座污水處理廠投入運行后，也普遍存在實際進水水質遠低于設計值、進水有機物濃度偏低 ( ρ ( COD) < 200 mg / L， ρ( BOD5) <100 mg / L) 的現象 。可見，低濃度生活污水問題存在已久，且一直沒有得到*解決，其嚴重阻礙了采用傳統活性污泥法的污水處理廠( 站) 設計處理能力的正常發揮。
1. 1 低濃度生活污水危害
對于采用傳統活性污泥法的污水處理廠( 站) 而言，低濃度生活污水的影響主要體現在以下 3 個方面:
1) 低濃度生活污水會影響微生物的生長和繁殖。活性污泥長期處于饑餓狀態，將導致微生物的活性下降，甚至因微生物的內源呼吸作用，反應器內活性污泥出現負增長。2) 低濃度生活污水會影響污水廠二級生物處理工藝的脫氮除磷效果。反硝化和生物除磷均需有機碳源，因低濃度生活污水中可被微生物利用的有機碳源較少，反硝化菌和聚磷菌對有機碳源的競爭更加激烈，往往導致出水 TN 和 TP 無法達標。解決出水 TP 超標的問題尚可通過輔助化學除磷的方式，但要實現出水 TN 達標不易，有時甚至NH+-N 也無法滿足排放標準。3) 低濃度生活污水容易導致污泥膨脹。有機物濃度較低的條件下，菌膠團的生長速率低于絲狀菌的生長速率，此時傳統活性污泥法容易發生污泥膨脹，使出水水質惡化。
