超高負(fù)荷活性污泥法AB法污水處理工藝

超高負(fù)荷活性污泥法AB法污水處理工藝

20世紀(jì)70年代，德國亞倫工業(yè)大學(xué)的b.b.bohren介紹了一種新的兩部分活性污泥法（初沉池和活性污水處理廠）和高負(fù)荷活性污水處理廠的方法，這是在傳統(tǒng)的雙重活性濕污泥法（a段和b段二級活性濕污泥法）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。固定點(diǎn)是德語。此工藝不需要初始沉淀池，由a段和b段的活性濕污泥系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)都有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。AB工藝其突出的優(yōu)點(diǎn)是A段負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，特別適用于處理濃度較高、水質(zhì)水量變化較大的污水，AB法自問世以來發(fā)展很快，目前，國內(nèi)已有多個城市污水處理廠采用了AB法工藝。1間沉淀池和b段AB法污水處理工藝流程如圖1所示。與傳統(tǒng)的活性污泥法污水處理工藝相比較，AB工藝的主要特征是：(1)AB工藝不設(shè)初沉池，污水經(jīng)格柵、沉砂池之后直接進(jìn)入A段曝氣池。(2)A段由吸附池和中間沉淀池組成，B段則由曝氣池和二次沉淀池組成。A段和B段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，每段能夠培育出各自獨(dú)立的、適于本段水質(zhì)特征的微生物種群。(3)A段和B段分別在負(fù)荷相差極為懸殊的情況下運(yùn)行，A段以高負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷通常為2kgBOD5/（kgMLSS·d)～6kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥泥齡約0.5d，水力停留時間一般在30min,B段曝氣池以低負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷通常為0.15kgBOD5/（kgMLSS·d)～0.30kgBOD5/（kgMLSS·d），污泥泥齡為15d～20d，水力停留時間為2h～3h。2污水處理廠的基本技術(shù)2.1a段微生物的活性相比傳統(tǒng)活性污泥法，AB法在技術(shù)上的主要突破是A段。A段前省去了初沉池，污水由城市排水管網(wǎng)經(jīng)格柵和沉砂池直接進(jìn)入A段，A段在污泥負(fù)荷高達(dá)2kgBOD5/（kgMLSS·d)～6kgBOD5/（kgMLSS·d）、水力停留時間為30min、DO為好氧（2mg/L）或微氧（0.2mg/L～0.7mg/L）、短泥齡（0.5d～0.7d）的條件下運(yùn)行。由于在排水管網(wǎng)中發(fā)生細(xì)菌的增殖、適應(yīng)和選擇等生物學(xué)過程，使原污水中出現(xiàn)生命力旺盛的能適應(yīng)原污水環(huán)境微生物群落，A段充分利用了原污水中存在的生物動力學(xué)潛力，成為一個開放性生物動力學(xué)系統(tǒng)。實(shí)際上將城市排水管網(wǎng)和污水處理廠共同構(gòu)成一個處理系統(tǒng)，經(jīng)測定表明由溝渠系統(tǒng)恒定流入A段的微生物占A段微生物總量的15%左右。A段的高負(fù)荷和低泥齡決定了只有那些快速增長和增殖的原核微生物才能夠生存并占主要地位，由于其世代較短且處于對數(shù)增長期，因而繁殖速度相當(dāng)快，數(shù)量急劇增加，且原核微生物體積小，表面積與體積比值高，所以原核微生物具有較大的代謝活性和大的營養(yǎng)儲存容量。Bohnke教授認(rèn)為在降解聚合物的生理活性方面，A段細(xì)菌要比B段細(xì)菌高90%左右。Bohnke教授還以遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸（DNA）作為生物活性的指標(biāo)，比較了A,B兩段及普通活性污泥法系統(tǒng)中污泥的活性。結(jié)果表明：AB法A段污泥的DNA含量（為MLSS含量的20.03%）較B段（18.97%）高，A,B兩段污泥的DNA含量均比普通活性污泥法（14.15%）高。A段的微生物還具有極高的密度，Bahr教授認(rèn)為A段的細(xì)菌密度是B段的20倍。年躍剛則認(rèn)為A段微生物的選擇性、變異適應(yīng)性、外源補(bǔ)充性和快速增殖性構(gòu)成A段微生物學(xué)的主要特點(diǎn)。A段對有機(jī)物的去除機(jī)理，以細(xì)菌的絮凝吸附作用為主。這與傳統(tǒng)的活性污泥法有很大的不同。絮凝、沉淀機(jī)理靜態(tài)試驗(yàn)表明：污水中存在大量已適應(yīng)污水的微生物，這些微生物具有自發(fā)絮凝性，形成“自然絮凝劑”。當(dāng)污水中的微生物進(jìn)入A段曝氣池時，在A段內(nèi)原有的菌膠團(tuán)的誘導(dǎo)促進(jìn)下很快絮凝在一起，絮凝物結(jié)構(gòu)與菌膠團(tuán)類似，使污水中有機(jī)物質(zhì)脫穩(wěn)吸附。在A段曝氣池中，“自然絮凝劑”、膠體物質(zhì)、游離性細(xì)菌、SS、活性污泥等相互強(qiáng)烈混合，將有機(jī)物質(zhì)脫穩(wěn)吸附。同時，A段中的懸浮絮凝體對水中懸浮物、膠體顆粒、游離細(xì)菌及溶解性物質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)捕、吸收，使相當(dāng)多的污染物被裹在懸浮絮凝體中而去除。水中的懸浮固體作為“絮核”提高了絮凝效果。由于原核微生物體積小、比表面積大、繁殖速度快、活力強(qiáng)，并且通過酶解作用改變了懸浮物、膠體顆粒及大分子化合物的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)，造成了A段活性污泥對水中有機(jī)物和懸浮物有較強(qiáng)的吸附能力。一般城市污水中所含的BOD和COD約50%以上是由懸浮固體（SS）形成的。A段的絮凝吸附作用使其對污水中非溶解性有機(jī)物的去除效率很高。中國市政華北設(shè)計院結(jié)合某城市污水處理工程所做實(shí)驗(yàn)表明：A段中絮凝去除的BOD占A段總?cè)コ鼴OD的65%左右，增殖導(dǎo)致的去除約占35%。年躍剛等則報道：在A段，以吸附、吸收的形式被去除的有機(jī)物，占總?cè)コ康?0%左右，而氧化作用只占約10%左右。吸附在活性污泥上的有機(jī)物，以剩余污泥的方式排出系統(tǒng)。由于A段能充分利用原污水中繁殖能力很強(qiáng)的微生物并不斷進(jìn)行更新，而且A段的水力停留時間和泥齡均很短，缺乏污泥充分再生的有利條件，只有部分快速降解的有機(jī)物得以氧化分解，因此，A段中的MLSS大部分由原污水中的懸浮固體組成，而靠生物降解產(chǎn)生的MLSS量僅占小部分，增殖作用去除的BOD基本上是溶解性BOD。由于A段對有機(jī)物的去除機(jī)理以絮凝吸附作用為主，以及短泥齡等的特點(diǎn)，使A段的剩余污泥產(chǎn)量較大，比初沉池高出30%，約占整個系統(tǒng)的80%左右，且有機(jī)物含量高。2.2不同生物的產(chǎn)生和豐富B段曝氣池是AB法工藝中的核心部分，它的狀態(tài)好壞與否將直接影響到出水水質(zhì)，B段去除有機(jī)污染物的方式與普通活性污泥法基本相似，主要以氧化為主，難溶性大分子物質(zhì)在胞外酶作用下水解為可溶的小分子，可溶小分子物質(zhì)被細(xì)菌吸收到細(xì)胞內(nèi)，由細(xì)菌細(xì)胞的新陳代謝作用而將有機(jī)物質(zhì)氧化為CO2,H2O等無機(jī)物，而產(chǎn)生的能量儲存于細(xì)胞中。B段曝氣池為好氧運(yùn)行，因此它所擁有的生物主要是處于內(nèi)源呼吸階段的細(xì)菌、原生動物和后生動物，B段的低污泥負(fù)荷和長泥齡為原生動物的生長提供了很好的環(huán)境條件，而原生動物的大量存在對游離性細(xì)菌的去除又有很好的作用。同時由于A段的出水作為B段的進(jìn)水，水質(zhì)已相當(dāng)穩(wěn)定，為B段微生物種群的生長繁殖創(chuàng)造了有利條件。其數(shù)量也比同負(fù)荷下的一級活性污泥法多。因?yàn)锽段去除有機(jī)污染物的機(jī)理主要以氧化為主，而高級生物的內(nèi)源呼吸作用要比低級生物強(qiáng)，所以B段產(chǎn)生的剩余污泥量很少。試驗(yàn)證明，B段和一級活性污泥法的污泥負(fù)荷相同時，其污泥量僅有一級法的1/4～1/3，同時由于B段內(nèi)原生動物和后生動物對其他微生物的吞噬作用，當(dāng)污泥濃度相同時，B段的污泥齡要比一級法的污泥齡長。3濕式水處理中的特點(diǎn)3.1a段污泥主要成分沉降性能的好壞是衡量一個工藝優(yōu)良與否的重要標(biāo)志，AB法污泥的沉降性能非常良好，是該工藝的一大顯著特點(diǎn)。A段污泥的SVI值通常為40～60左右，B段污泥的SVI值也均在100以下，基本沒有污泥膨脹的現(xiàn)象發(fā)生。據(jù)報道，日本N和OW污水處理廠污泥沉降性能一直較差，絲狀菌較多，取消初沉池改以AB法運(yùn)行后，曝氣池中的絲狀菌消失，沉降效果明顯好轉(zhuǎn)。德國的Soers污水處理廠改造單級活性污泥法為AB法運(yùn)行后，也很好地消除了污泥膨脹問題。以AB法運(yùn)行的污水處理廠在實(shí)際生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)A段常形成粗大的“辮狀”“梅花枝”狀的污泥，通常認(rèn)為是由A段中細(xì)菌產(chǎn)生的黏液物質(zhì)（莢膜和黏液層）黏附了城市污水中的一些纖維物質(zhì)，從而形成的緊密的污泥絮體?！稗p狀”“梅花枝狀”污泥具有極佳的沉降性能。A段污泥之所以沉降性能良好，通常認(rèn)為由于A段存在大量世代時間短的絮凝體形成菌及懸浮固體，使得A段具有較強(qiáng)的固定酶和微生物的能力，絮凝體形成菌大量地繁殖而形成密實(shí)的絮凝體，以及細(xì)菌胞外多糖物質(zhì)的粘附，其包埋固定作用使活性污泥中的酶的濃度和微生物密度大大提高，因而絮凝體整體上具有良好的沉降性能。另一方面，A段以超高負(fù)荷運(yùn)行時，雖然有機(jī)物的濃度高到足以使細(xì)菌處于對數(shù)增長期，使細(xì)菌具有最大的動能，但負(fù)荷太高又導(dǎo)致DO成為限制性因素，使細(xì)菌無法達(dá)到零級反應(yīng)；并且已形成的絮體的網(wǎng)捕、吸附作用，束縛了細(xì)菌的運(yùn)動，降低了動能，極大地減少了分散生長的細(xì)菌，因此，不會造成污泥分散生長的情況。同時，由于不設(shè)初沉池，可以消除因污水腐化所引起的絲狀菌膨脹現(xiàn)象。而且下水道污水中的懸浮固體未經(jīng)沉淀就直接進(jìn)入A段，在活性污泥細(xì)菌細(xì)胞外多糖類黏性物質(zhì)的作用下，懸浮固體被黏附在菌膠團(tuán)上，增大了絮體的顆粒粒度和密度，從而改善了沉降性能。而A段強(qiáng)大的調(diào)節(jié)和緩沖作用，又使得進(jìn)入B段的水質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，特別適合B段曝氣池中占優(yōu)勢的原生、后生動物生長，而不利于絲狀菌增殖。另一方面，B段一般在0.15kgBOD/（kgMLSS·d)～0.30kgBOD/（kgMLSS·d）的負(fù)荷下好氧運(yùn)行，既不是低負(fù)荷，也不是低DO狀態(tài)，所以無污泥膨脹之虞。3.2酸性水和中沉池的進(jìn)水速度AB法工藝有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，是AB法工藝另一明顯特點(diǎn)，主要是由于A段有較強(qiáng)的抗沖擊能力，而A段的存在，又能使B段免受沖擊，使得整個工藝穩(wěn)定性很強(qiáng)。A段污泥靠進(jìn)水中細(xì)菌接種而繁殖，泥齡短、更新快、適應(yīng)性強(qiáng)、且進(jìn)水中的細(xì)菌已適應(yīng)原水水質(zhì)，又由于其去除機(jī)理中起主導(dǎo)作用的是物化和生物絮凝過程，因而對沖擊負(fù)荷的敏感性較小，抗沖擊能力較強(qiáng)，當(dāng)A段微生物菌群受到外界沖擊影響時，污泥無需馴化即可很快恢復(fù)正常狀態(tài)。據(jù)報道，淄博市污水處理廠在1994年曾遇到過一次pH<2的酸性水進(jìn)水過程，時間為2h，進(jìn)入處理工藝的酸性水水量在10000m3左右，而該廠的中沉池和A段曝氣池的池容總共為16000m3。按常規(guī)這些酸性水足以使A段曝氣池、中沉池的pH值降低。但實(shí)際生產(chǎn)中，A段曝氣池和中沉池的出水卻顯示為中性。除酸性水外，該系統(tǒng)也多次遇到過pH≥14的堿性進(jìn)水，運(yùn)行結(jié)果表明，堿性水也同樣未對A段曝氣池的狀態(tài)造成大的影響。深圳濱河污水處理廠在1999年的數(shù)據(jù)顯示其進(jìn)水COD的范圍在300～2500之間，水質(zhì)變化很大，而出水COD值曲線很平緩，均在500以下。德國Krefeld污水廠也曾連續(xù)3d出現(xiàn)過pH降低的現(xiàn)象，一度下降到1左右，而A段出水只是微小的向下波動，B段出水始終正常。Borken污水廠的AB法試驗(yàn)設(shè)備受到過延續(xù)數(shù)小時的pH最低為2的酸性沖擊，未對A段產(chǎn)生破壞性影響。Bonhke教授在Krefeld污水廠的試驗(yàn)表明：在pH值從7降到1并持續(xù)1h后，出水pH沒有明顯波動。A段中的細(xì)菌受損后能很快恢復(fù)，Bohnke教授根據(jù)細(xì)菌分裂周期和世代計算出，當(dāng)90%的細(xì)菌受到不良影響失活或受到損害時，在3個世代時間內(nèi)，活性原核生物的數(shù)量就能恢復(fù)。而原污水的濃度變化沖擊負(fù)荷在A段得到明顯的緩沖，使得B段只有較低的穩(wěn)定的污染負(fù)荷，污染物和有毒物質(zhì)的沖擊對B段的影響不大，同時低負(fù)荷運(yùn)行的B段活性污泥混合液自身具有很大的稀釋緩沖能力和解毒能力，從而保證了污水的凈化效果。但AB系統(tǒng)的穩(wěn)