在廢水處理中，細菌起著很大作用，因此確保細菌在合適的環(huán)境中獲得養(yǎng)分非常重要。
生物處理是污水處理的重要組成部分，在許多行業(yè)中被普遍采用。此二級處理工藝依靠各種細菌來分解污水中的污染物并對水進行凈化，最終排放到環(huán)境中。常規(guī)生物處理系統(tǒng)采用活性污泥去除水中的有機污染物。但還有許多其它生物處理方法對凈化污水也非常有效，包括固定床系統(tǒng)，如移動床生物反應器(MBBR)和膜系統(tǒng)，如膜生物反應器(MBR)。各種生物處理方法之間可能存在差異，但保持微生物的健康狀況對于優(yōu)化污水處理工藝中污染物的去除至關重要。
確保將適當數(shù)量的“食物”輸送給微生物，有助于維持生物處理系統(tǒng)的健康。一般采用“食物與微生物比”(food to microorganism)或“F:M比”參數(shù)。當F:M比太低時，“食物”不足，微生物就會“挨餓”。如果F:M太高，污水中的有機物含量高，微生物會很快變得不堪重負，導致污水中污染物的去除不充分。兩種情況都會導致生物處理效率低下，因此有必要找到并保持較佳的F:M平衡，以確保充分去除污染物以符合法規(guī)排放要求。
F:M比通常由兩個常見的檢測值確定。在F:M比參數(shù)中，F(xiàn)(食物)部分是有機污染物含量，一般使用生化需氧量(BOD5)來檢測。5日測試用于檢測當細菌分解有機物質時消耗的氧氣，從而間接推斷水中的碳含量。在F:M中，M(微生物)部分一般通過混合液懸浮固體(MLSS)來檢測。這些檢測存在一些缺陷，會導致F:M不適用于有效的工藝控制。用于量化微生物水平的MLSS檢測無法區(qū)分活生物量和死生物量，這不僅使維持較佳F:M比變得非常困難，而且對于理解生物系統(tǒng)的整體健康情況也無法保證。為期5天的BOD檢測速度太慢，無法用于工藝決策。當污水處理裝置發(fā)現(xiàn)碳負荷不平衡時，生物質的不健康狀況事實上已持續(xù)了多日。這對于污水負荷可變的處理裝置尤其是個問題。此外，由于BOD5取決于細菌的使用，因此缺乏可接受的準確性和準確度，且樣品中存在的有毒化合物可能會嚴重干擾檢測結果。
對生物質的“食物”進行更準確和有效的監(jiān)測方法是采用總有機碳TOC分析來直接測定污水中的碳含量。與間接BOD測量不同，TOC分析儀直接檢測樣品中的碳含量。檢測更準確，不存在BOD測試常見的干擾問題。TOC檢測可以在數(shù)分鐘內完成，從而使其成為用于工藝控制和處理優(yōu)化的更有效工具。通過使用TOC分析來檢測生物處理有機物負荷，處理裝置可以確定“更真實的F:M比”。
案例一
美國一家大型煉油廠實施了一項為期12個月的研究，對在傳統(tǒng)活性污泥生物處理裝置中采用TOC分析來確定“真實F:M比”帶來的優(yōu)勢進行了分析。通過使用TOC分析快速獲得的準確結果，該處理裝置能夠快速識別有機物負荷變化并確定理想的F:M平衡。工廠認為，當處理裝置在其可接受范圍內運行時，去除效率非常穩(wěn)定，且與典型的需氧量測試相比，TOC分析是保持F:M平衡的更有效工具。此外，TOC分析提供的連續(xù)在線數(shù)據(jù)使處理裝置能夠快速調整流速，并通過確保適當數(shù)量的“食物”供給，以使用F:M比，對工藝進行更有效的控制。這減少了生物處理存在的工藝紊亂，并最終節(jié)省了與不良微生物健康狀況相關的時間和成本。
案例二
除F:M比，TOC分析已成為優(yōu)化污水生物處理營養(yǎng)平衡的有用工具。許多處理裝置要求污水中的碳含量與養(yǎng)分(通常為氮和磷)保持適當?shù)钠胶?。美國一家大型飲料廠決定將其傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)升級為高流量膜生物反應器(MBR)系統(tǒng)。雖然這有助于降低工廠的占地面積并改善污水中有機物的去除程度，但由于新上的MBR系統(tǒng)流量大且工廠排放污水中糖負荷會發(fā)生變化，這就意味著需氧量測試太慢而無法確保生物處理系統(tǒng)的營養(yǎng)平衡。該工廠要求C:N:P養(yǎng)分平衡比為100:5:1，在增加TOC分析后，該工廠能夠跟蹤污水中有機物含量的變化并快速進行工藝調整。工廠操作人員能夠確定碳含量并調整添加到污水中的氮，以保持較佳的養(yǎng)分平衡。新的工藝可以連續(xù)地脫除有機物，大大減少了工藝紊亂，每年為工廠節(jié)省數(shù)十萬美元。
傳統(tǒng)上，使用生化需氧量確定廢水處理是否有效。
采用總有機碳TOC分析直接監(jiān)測碳含量，對于嘗試優(yōu)化生物處理工藝的污水處理裝置而言可能是一個強大的工具。與傳統(tǒng)的需氧量測試不同，TOC分析可在幾分鐘內提供準確數(shù)據(jù)，使操作人員能對工藝快速做出控制決策。使用TOC數(shù)據(jù)保持有效的F:M比或C:N:P養(yǎng)分平衡，可以確保生物處理工藝的優(yōu)化。通過TOC分析來監(jiān)測生物反應器的健康狀況，有助于工廠大程度地減少工藝紊亂，有效去除污染物，獲得符合法規(guī)要求的外排水。
作者簡介
Adit Jatkar，蘇伊士旗下水務技術與方案——Sievers分析儀產品應用專員，獲得普渡大學化學學士學位，擁有分析儀器和工藝化學技術背景，并在水處理和石油化工行業(yè)有豐富的工作經(jīng)驗。
本文原文英文版刊登于《Rocky Mountain Water》2020年9月刊。
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