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《汙水廠的基本理論（一）》
《汙水廠的基本理論（二）水往低處流》
對於哲學來說，物質不滅是最基本的內容之一，物質不僅從數量上說是不滅的，它從質量上說也是不滅的。物質本身具有不斷轉化的能力和條件。任何個別事物都不是從「無」中產生的，而是從它物轉化而來的事物的滅亡也並非變為「烏有」，而是轉化別的物質形態。可以說世界正是因為這條基本原理而存在的，所以在汙水廠的運行中也是同樣適用的，但是在很多時候，汙水廠的管理人員往往忘記了這條最基本的原理。公眾號今天就和大家探討下物質不滅在汙水廠中的應用。
在汙水廠中最容易和這個基本理論違背的就是運營人員對剩餘汙泥排放的控制管理工作。汙水廠的一些管理人員都比較忽視剩餘汙泥的管理工作，一般都認為只要出水良好就好了，剩餘汙泥隨便排就可以了，反正汙染物都去除了，廠內就沒什麼問題了。這其實是對這個理論的不明確造成的。汙水廠沒有把汙染物質去除，汙水廠只是利用微生物降解汙染物的自然原理，把汙染物質轉換了，並沒有憑空消失掉的。
汙水處理是利用微生物對汙水中的有機汙染物質降解，吸收自身所需要的營養物質，從而生長繁殖的過程。比如異養型微生物會在好氧條件下，對水中的有機物降解，汙水處理理論上的有機物降解過程如下圖所示，要注意紅圈圈住的部分，除了產生能量，以及代謝產物水，CO2，NH3以外，還有一部分變成了細胞合成物質，增加了細胞物質。這也就是說，微生物在降解有機物的過程中，汙水中的有機物有三種去向，一種變成為活性汙泥中微生物生存的能量；一種變成微生物生長活動中的代謝產物，水、CO2、NH3等；一種就是繼續合成新的細胞，產生更多的微生物。從這個微生物降解有機物的模式圖可以看到汙水廠內的有機物沒有憑空消失，只是轉化了，轉化為幾種形式，當然我們希望它轉化成能量，水、CO2、NH3是最好的了，但是微生物是要不斷生長代謝才會產生和消耗能量，這也就是必須有很大一部分汙水中的有機物轉化為細胞合成物質，增加了活性汙泥中的微生物的數量。
因此可以很明確的知道汙水廠在處理每日進入廠內的汙水中有機物的時候，通俗的說處理進水中的COD（或者BOD）的時候，每天都是要產生新生的微生物的，這些微生物每天都在增加了活性汙泥的量，而從汙水廠的管理宏觀上講，就是汙泥濃度在不斷上升，這必須要通過剩餘汙泥的排放來將這部分增加的汙泥量排放到系統外，其實也就是把進入到汙水廠的大部分有機物以剩餘汙泥形式排放到系統外，這就是有機物的物質不滅原理在汙水廠的體現。
除了有機物以外，汙水廠內的其他的汙染物質也一樣存在物質不滅的原理。最突出就是SS，懸浮固體特別是不揮發的懸浮無機顆粒，在汙水廠中是絕對不會憑空消失的，微生物是無法對無機顆粒進行降解的，這也就是說在雨汙合流的汙水管網體系中，雨季期間帶入大量的無機泥沙，是一定要通過汙水廠的各種處理構築物處理掉的。比如在預處理段的沉砂池內的無機砂粒的去除、在生化處理段的無機比例較高的剩餘汙泥的排放、在深度處理段混凝劑投加後生成的化學絮凝體結合汙泥顆粒生成的化學汙泥的排放等。進水的SS從數百mg/L到10mg/L以內，這部分SS沒有憑空消失，只是在汙水廠的各個處理階段轉化成了各種汙泥，最終通過汙泥脫水機脫水成泥餅外運出去。這就是汙水廠內SS的物質不滅原理的體現。
城市汙水中的TP對於微生物細胞來說是產生能量和構成細胞的的物質，但是它的去除除了微生物細胞本身所需的極少的一部分之外，大部分都要通過聚磷菌本身大量聚集的磷以後隨著剩餘汙泥排出系統外，如果是化學除磷，根據化學除磷的基本原理，要生成含磷的沉澱物質進行去除，這都是要通過排放化學汙泥來實現的。磷的去除也不是在汙水廠裡憑空消失的，而是通過剩餘汙泥的排放來實現，如果統計的手段足夠精準，是可以實現汙水廠內的磷的物料平衡的，這也是汙水廠內TP的物質不滅。
總氮的去除，運行人員都比較明確了，通過兩步反應完成以後，最終變成氮氣釋放到空氣中去，這個過程進水的含氮物質大部分是變成氮氣的，也就是氮物質沒有消失，是轉化成氮氣釋放了。特別要強調的是，除了轉化成氮氣釋放的一部分以外，根據微生物的構成比例C:N:P=100：5：1的比例關係，還有一部分氮也組成了微生物細胞，成為活性汙泥的一部分，所以通過剩餘汙泥也是可以去除一部分氮的。在一些汙水廠中發現將剩餘汙泥臨時排入到廠內構築物內後，長期放置以後這部分汙泥的總氮總磷是非常高的，這主要都是來自於進水的氮合成到了活性汙泥內部，濃縮後就使這些放置的剩餘汙泥總氮變得很高，檢測的數值高達200mg/L的總氮，這也正說明了進水中的總氮一部分變成氮氣釋放，一部分成為剩餘汙泥中的微生物的組成部分。汙水廠的總氮也是物質不滅的，沒有憑空消失掉。
無論哪一種汙水的汙染組分，在汙水廠內都是有跡可循的，都沒有憑空消失，都只是從一種形態轉化成為另外一種形態，而最常見的是轉化到活性汙泥中，汙水廠需要通過排放剩餘汙泥來把這些汙染物質從系統中最終排出去，汙水廠不是一個把汙水中汙染組分變魔術一樣消失的場所，它只是把汙染物質轉化，集中，濃縮到汙泥裡去的一種工藝場所。對於汙水廠的技術管理人員要清楚的認識到這一點，及時有效的排放剩餘汙泥，是每個汙水廠運行管理最重要的工藝管理內容。
同理大家可以推演下，現階段每個汙水廠投加了大量的化學藥劑來去除總磷總氮，根據物質不滅的基本原理，這些藥劑並沒有消失，那它去哪裡了呢？一些變成了水和二氧化碳（投加的碳源），剩餘部分當然是在汙泥裡面，所以當汙水廠投加藥劑的時候，無形中是在支出兩份資金，一份是藥劑本身的費用，另一部分是把這些藥劑變成的汙泥再從系統裡脫水外運的汙泥處置費用。
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