城市污水活性污泥AB法處理工藝

1、城市污水活性污泥AB法處理工藝(Adsorption Biooxidation)該法由德國(guó)Bohuke教授首先開(kāi)發(fā)，由A級(jí)曝氣池、中間沉淀 池、B級(jí)曝氣池和最終沉淀池組成。該工藝對(duì)曝氣池按高、 低負(fù)荷分二級(jí)供氧，各有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù) 荷段(A段)停留時(shí)間約204 0分鐘，以生物絮凝吸附作用 為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，生物主要為短世代的細(xì)菌 群落，去除BOD達(dá)50%以上。A級(jí)曝氣時(shí)間短，產(chǎn)生污泥量大， 污泥負(fù)荷2.5kgBOD/(kgMLSSd)以上，池容積負(fù)荷 6kgBOD/(m3d)以上，B段與常規(guī)活性污泥法相似，負(fù)荷較低， -48 -Technical Departmen

2、t Document泥齡較長(zhǎng)。A級(jí)與B級(jí)間設(shè)中間沉淀池。二級(jí)池子F/M(污染物 量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。AB法A段 效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力，B段起到出水把關(guān)作用， 處理穩(wěn)定性較好。對(duì)于高濃度的污水處理，AB法具有很好適 用性的，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣 利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，A 段污泥有機(jī)物含量極高，污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理是必須的，將 增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A段去除了較多的BOD， 可能造成炭源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝。對(duì)于污水濃度較低 的場(chǎng)合，B段運(yùn)行較為困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。目前有僅采用A段的做法，效果要好于

3、一級(jí)處理，作為一種 過(guò)渡型工藝，在性能價(jià)格比上有較好的優(yōu)勢(shì)。一般適用于排 江、排海場(chǎng)合。AB法在歐洲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，到1987年止，已經(jīng)有22家AB 法污水處理廠投產(chǎn)，21家在建設(shè)和規(guī)劃中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有 關(guān)單位也對(duì)AB法進(jìn)行了研究，并取得了一些成果，實(shí)踐證明 該工藝是近代污水處理技術(shù)中的一項(xiàng)新發(fā)展。1進(jìn)水2細(xì)格柵3沉砂池4 A段曝氣池5中間沉淀池6 回流污泥7剩余污泥回流8浮滓去除9污泥調(diào)節(jié)池10 B 段曝氣池11最終沉淀池12出水排放13剩余污泥至另 一處理廠14格柵截留物排除15沉砂排除ABH藝的主要特征A級(jí)污泥負(fù)荷很高，B級(jí)污泥負(fù)荷較低；A級(jí)和B級(jí)的微生 物群體特性明顯不同，并通過(guò)互

4、不相關(guān)的兩套回流系統(tǒng)嚴(yán)格 分開(kāi)。-49 -Technical Department Document不設(shè)一沉池，使A級(jí)成為一個(gè)開(kāi)放性的生物動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。A級(jí)可以根據(jù)污水組分的不同實(shí)行好氧或缺氧運(yùn)行。ABH藝的典型設(shè)計(jì)參數(shù)F/M kgBODMLSSg/L級(jí)別水力停留時(shí)間h泥齡DO5/kgMLSS dA級(jí)260.52.04 10h0.2 0.7B級(jí)0.100.30243.51520d0.71.5AB工藝的運(yùn)行機(jī)理A級(jí)對(duì)BOD、COD和SS的去除實(shí)際上ABH藝是由城市排水管網(wǎng)和污水處理廠構(gòu)成的處理 系統(tǒng)。城市居民連續(xù)不斷地排泄細(xì)菌，其中約510%的細(xì)菌 能在好氧/兼性厭氧條件下存活和增殖。在排水管網(wǎng)中

5、發(fā)生 細(xì)菌的增殖、適應(yīng)和選擇等生物學(xué)過(guò)程，使原污水中出現(xiàn)生 命力旺盛、能適應(yīng)原污水環(huán)境的微生物群落。因此，城市污 水實(shí)質(zhì)上是污染物和微生物群體的共存體。在AB工藝的A級(jí) 中充分利用了原污水中存在的生物動(dòng)力學(xué)潛力。污水處理試 驗(yàn)中觀測(cè)到的現(xiàn)象表明，A級(jí)對(duì)BOD和COD的去除不是以細(xì)菌 的快速增殖降解作用為主，而是以細(xì)菌的絮凝吸附作用為 主。靜態(tài)試驗(yàn)表明原污水中存在大量已適應(yīng)原污水的微生 物，這些微生物具有自發(fā)絮凝性。當(dāng)它們進(jìn)入入級(jí)曝氣池后， 在A級(jí)內(nèi)原有菌膠團(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，絮凝的同時(shí)絮凝物與原有的菌膠團(tuán)結(jié)合 在一起，成為A級(jí)污泥的組成部分，并具有較強(qiáng)的吸附

6、能力 和極好的沉降性能。被絮凝的微生物量與A級(jí)污泥濃度有關(guān)， 污泥濃度低于1g/L時(shí)，絮凝效果差。與絮凝吸附發(fā)生的同時(shí)， 微生物出現(xiàn)程度有限的增殖，這種增殖可能與A級(jí)污泥的促 絮凝作用（或物質(zhì)）的產(chǎn)生有關(guān)。根據(jù)污水處理試驗(yàn)，進(jìn)水中 以SS形式表達(dá)的微生物量按150mg/L計(jì)，A級(jí)出水微生物量為 70mg/L。那么A級(jí)中由進(jìn)水微生物形成的污泥濃度Xi可按下 式計(jì)算： Xi=QASQC/V式中:Q進(jìn)水流量；QCA級(jí)的泥齡；SA級(jí)截留的微生物量；V A級(jí)曝氣池體積。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上式：-50 -Technical Department DocumentXi=4L/hX80mg/LX10h/2L =1

7、600mg/L。A級(jí)的實(shí)際污泥濃度為2000mg/L，也就是說(shuō)A級(jí)污泥中進(jìn)水微 生物占80%左右，僅20%左右由增殖作用產(chǎn)生。因此，A級(jí)中 絮凝去除占A級(jí)BOD去除的65%左右，吸附和增殖導(dǎo)致的去除 約占35%。增殖作用去除的BOD基本上是溶解性BOD。A級(jí)對(duì)難降解物質(zhì)的去除當(dāng)進(jìn)水是城市生活污水與工業(yè)廢水的混合水或只是工業(yè)廢 水時(shí)，污水中往往含有許多難降解物質(zhì)，比如多環(huán)芳香族的 化合物、鹵代烴。若完全用好氧方法處理，不僅消耗大量氧 氣，而且BOD去除往往達(dá)不到所要求的指標(biāo)。當(dāng)進(jìn)水中難降 解物質(zhì)含量高時(shí)，A級(jí)實(shí)行缺氧運(yùn)行，在這種情況下，A級(jí)中 一部分微生物能通過(guò)厭氧消化和不完全氧化等方式把BOD

8、5 檢測(cè)不出、COD可以檢測(cè)出的難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成BOD5易檢 出的易降解有機(jī)物，這種轉(zhuǎn)化在好氧條件下往往難以實(shí)現(xiàn)。A級(jí)的抗沖擊負(fù)荷能力A級(jí)中的微生物群體對(duì)有機(jī)污染物和毒物的沖擊負(fù)荷有顯著 的緩沖能力，沖擊負(fù)荷停止后A級(jí)能很快地恢復(fù)正常，因此A 級(jí)的存在使進(jìn)水水質(zhì)的變化、污染物和有毒物質(zhì)的沖擊負(fù)荷 不影響后續(xù)工藝的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。A級(jí)的抗沖擊負(fù)荷能力除了與吸附作用有關(guān)外，還與下面兩 種生物學(xué)過(guò)程密切相關(guān)。微生物突變活性污泥中的任何細(xì)菌群體都能以各種各樣的方式對(duì)環(huán)境 變化作出反應(yīng)。新環(huán)境形成的初期，不適應(yīng)新環(huán)境的細(xì)菌死 亡，隨后從系統(tǒng)中消失。與此同時(shí)，新環(huán)境為其它細(xì)菌的優(yōu) 勢(shì)增殖提供了有利條件。適應(yīng)性

9、細(xì)菌的重要來(lái)源是突變，致 突變物質(zhì)能導(dǎo)致突變，即遺傳物質(zhì)發(fā)生變化。這些突變中僅 千分之一是能存活的正突變，其余都是致死突變?？紤]到A 級(jí)內(nèi)活性污泥中細(xì)菌數(shù)量很高，在每一人口當(dāng)量中每日出現(xiàn) 7.5X105個(gè)正突變是可能的。除X射線和Y射線外，亞硝酸鹽 等化學(xué)物質(zhì)也是誘變物質(zhì)。污水中普遍存在的酸、堿和有毒 物質(zhì)的長(zhǎng)期影響也能誘發(fā)突變。突變?yōu)榛钚晕勰噙m應(yīng)新環(huán) 境、降解難降解物質(zhì)提供了生物遺傳學(xué)基礎(chǔ)。而入級(jí)污泥對(duì) 毒物的抗性則來(lái)源于：質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移 在醫(yī)療方面，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移往往造成抗藥性基因的迅速傳播，從而造成醫(yī)療困難，-51 -Technical Department DocumentAB工藝中的A級(jí)環(huán)境特

10、別有利于質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒是環(huán)形的 DNA分子，它們不受染色體支配，能侵入菌體并利用菌體的 復(fù)制系統(tǒng)自我復(fù)制增殖。質(zhì)粒普遍攜帶抗性基因，有的質(zhì)粒 還攜帶一般細(xì)菌不具備的特殊基因，如降解PCB的基因。眾 多的質(zhì)粒構(gòu)成了細(xì)菌的抗性基因庫(kù)和降解特殊有機(jī)物的基 因庫(kù)。在選擇性工藝環(huán)境中（如沖擊負(fù)荷），質(zhì)粒的抗毒性基 因和降解特殊物質(zhì)基因賦予細(xì)菌明顯的優(yōu)勢(shì)。在正常的細(xì)胞 分裂中，質(zhì)粒能傳給子細(xì)胞。質(zhì)粒還能通過(guò)接合作用以攜質(zhì) 粒細(xì)菌轉(zhuǎn)移到無(wú)質(zhì)粒細(xì)菌內(nèi)，接合過(guò)程不受細(xì)菌種屬和質(zhì)粒 來(lái)源的限制，A級(jí)中高密度懸浮細(xì)菌的存在對(duì)接合有利。在A 級(jí)中占優(yōu)勢(shì)地位的腸道細(xì)菌的接合過(guò)程需花費(fèi)1.5-2.0h。假 設(shè)A級(jí)泥齡為

11、8h，那么在A級(jí)微生物中至少能發(fā)生4次接合， 在此期間約10%的細(xì)菌受到質(zhì)粒侵入。質(zhì)粒在活性污泥中的 傳播，提高了活性污泥對(duì)環(huán)境變化、特別是化學(xué)變化的抗性。 對(duì)污水處理廠（特別是工業(yè)廢水處理廠）來(lái)說(shuō)，處理效果和工 藝穩(wěn)定性的好壞與質(zhì)粒的存在與否密切相關(guān)。4）ABH藝與氮、磷去除由于水體富營(yíng)養(yǎng)化和水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重；許多污水必 須經(jīng)過(guò)除磷脫氮處理，然后排入水體或回用。如果用其它工 藝取代AB工藝的B級(jí)，可以使AB工藝具有深度處理效果。具有脫氮功能的AB工藝在這類工藝中，B級(jí)由好氧工藝變成前置反硝化工藝（例如缺 氧/好氧工藝）。A級(jí)對(duì)氮和有機(jī)物的去除比常規(guī)機(jī)械處理高許多倍，明顯改 善了B級(jí)的硝

12、化條件，使B級(jí)污泥中硝化菌比例明顯提高，硝 化速率隨之大幅度提高，曝氣區(qū)體積可以相應(yīng)降低。對(duì)反硝 化來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)改變A級(jí)的污泥負(fù)荷和運(yùn)行方式調(diào)節(jié)A級(jí)的 去除率，使反硝化所需的BOD5/TN比值（3左右）得到最優(yōu)調(diào) 節(jié)。試驗(yàn)結(jié)果表明B級(jí)污泥中，反硝化菌比例比常規(guī)生物脫 氮系統(tǒng)的污泥高，反硝化率高23倍，例如，ARAkrefeld污 水處理廠的B級(jí)污泥在無(wú)外加碳源的情況下反硝化速率為 6.3mgNO3 -N/gMLSS h。由于具脫氮功能的AB工藝硝化和反 硝化速率高，工藝總體積比常規(guī)生物脫氮工藝節(jié)省20%左右。具有除磷功能的ABH7由于污泥含磷量較高，排泥量大，A級(jí)能去除進(jìn)水總磷的20 50%

13、。如果把B級(jí)換成厭氧/好氧（A/O）除磷工藝，工藝終沉出 水的磷濃度將很低（0.5mg/L以-52 -Technical Department Document下）。也可以在B級(jí)中增設(shè)化學(xué)法除磷。前者的投資費(fèi)用比普 通活性污泥法低10%左右，后者則高520%。前者的運(yùn)行費(fèi) 用比普通活性污泥法低1020%，后者則高10%以上。AB工藝與生物除磷脫氮工藝的結(jié)合工藝流程由A級(jí)加生物除磷脫氮工藝（如A/A/C改良工藝）構(gòu) 成，對(duì)原污水水質(zhì)波動(dòng)大，BOD5和BOD5/TN比值高的污水來(lái) 說(shuō)，這類工藝不但能保證處理效果達(dá)到要求，而且工藝穩(wěn)定 性高、節(jié)能效果明顯。ABH藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)A級(jí)正常運(yùn)行的必要條件是原

14、污水中必須有足夠的已經(jīng)適應(yīng) 該污水的微生物。在城市污水中，這些微生物基本上來(lái)自人 類排泄物。由于A級(jí)的去除效率高低與進(jìn)水微生物量直接相 關(guān)，因此A級(jí)之前不宜設(shè)置初沉池。在工業(yè)廢水和某些城市 污水中，已經(jīng)適應(yīng)污水環(huán)境的微生物濃度很低或微生物絮凝 性很差，A級(jí)效率明顯下降。對(duì)這類污水來(lái)說(shuō)，不宜采用AB 工藝。為了充分利用絮凝性和吸附效應(yīng)，保證A級(jí)高效運(yùn)行，A級(jí)停 留時(shí)間最好控制在2530分鐘，停留時(shí)間增加反而不利。A 級(jí)的最佳污泥負(fù)荷是34kgBOD5/kgNLSS d。污泥濃度過(guò)低 或過(guò)高對(duì)A級(jí)運(yùn)行均不利，控制在22.5g/L效果較佳。泥齡 的控制取決于污水特性和A級(jí)的污泥濃度，在A級(jí)中污泥濃度

15、 基本上與泥齡成正比關(guān)系，最佳泥齡控制應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)或生產(chǎn) 實(shí)踐求得。A級(jí)污泥沉降性能極佳，SVI值低于50，因此中間沉淀池水力 停留時(shí)間，可控制在15h以內(nèi)，污泥回流比控制在70%以內(nèi)。 B級(jí)的設(shè)計(jì)與常規(guī)方法相同，必須注意的是，設(shè)計(jì)B級(jí)時(shí)，進(jìn) 水水質(zhì)應(yīng)采用A級(jí)出水水質(zhì)；設(shè)計(jì)高級(jí)AB工藝時(shí)，應(yīng)保證B級(jí) 進(jìn)水BOD5/TN比值N3。對(duì)BOD 5/TN小于3左右的污水來(lái)說(shuō)， 設(shè)置A級(jí)對(duì)生物除磷脫氮不利，不宜采用高級(jí)AB工藝（物理或 化學(xué)法除磷除氮例外）。在國(guó)內(nèi)，污泥處置是一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題。由于AB工藝產(chǎn)泥 量大，合理解決污泥處置問(wèn)題，有助于ABH7的推廣應(yīng)用。 也就是說(shuō)污泥問(wèn)題是ABH藝推廣應(yīng)用的主

16、要障礙。ABH藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及其在我國(guó)應(yīng)用的可能性 試驗(yàn)和生產(chǎn)性實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)A級(jí)能去除4050%，甚至70%的 BOD5 和 10 30%-53 -Technical Department Document的總氮，使工藝過(guò)程耗氧量減少3040%，總運(yùn)行費(fèi)用下降 20%左右，基建投資降低120%，處理效果優(yōu)于常規(guī)工藝， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。具有高級(jí)處理功能的ABH藝與其它高級(jí)處理工藝相比，有節(jié) 能、工藝穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。A級(jí)的設(shè)置為后續(xù)工藝提供了強(qiáng) 有力的保護(hù)和支持。污水處理試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)BOD5/TN和BOD5值偏高時(shí)，其生物除磷脫氮功能的AB工藝與單純生物除 磷脫氮工藝相比，運(yùn)轉(zhuǎn)

17、費(fèi)用下降20%左右，BOD、COD、SS、 TN和TP的去除率分別高于96%、90%、95%、80%和96%。進(jìn)水 BOD5/TN比值偏低時(shí)，為了避免碳能源不足，原污水可直接 進(jìn)入生物除磷脫氮工藝，保證出水水質(zhì)達(dá)到要求。由于A級(jí)污泥主要由進(jìn)水補(bǔ)充和接種，并且泥齡很短，因此A 級(jí)污泥不需要培養(yǎng)和馴化過(guò)程，A級(jí)的停與轉(zhuǎn)，可以隨時(shí)進(jìn) 行并很快進(jìn)入正常狀態(tài)，不影響處理效果。管理上不存在困 難。A級(jí)節(jié)能的另一方面是A級(jí)污泥產(chǎn)率高、污泥有機(jī)物含量高達(dá) 65%以上，產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量也必然增加。沼氣用于發(fā)電和供 熱能使污水處理廠的能源得到部分自給。超負(fù)荷污水處理廠的改造我國(guó)污水處理廠的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際需要

18、。處理廠往 往超負(fù)荷運(yùn)行，造成一系列問(wèn)題。如果把它們改成AB工藝就 能較大幅度提高污水處理廠的處理能力。德國(guó)和奧地利的生 產(chǎn)性實(shí)踐已經(jīng)證明此法行之有效，改造投資極小，經(jīng)濟(jì)效益 顯著。只要把原沉砂池硝加改動(dòng)，成為A級(jí)曝氣池，初沉池 作為中間沉淀池，再裝一套回流系統(tǒng)即可。ABH藝與新廠建設(shè)目前，我國(guó)建設(shè)大型污水處理廠，往往因資金嚴(yán)重不足，而 必須分期進(jìn)行，下面是一個(gè)較理想的分期實(shí)施方案：第一期:機(jī)械處理（一級(jí)）第二期:具有半生物效應(yīng)的機(jī)械處理，即AB工藝的A級(jí)（一級(jí) 半）第三期:二級(jí)處理和部分硝化（AB工藝）第四期:高級(jí)生物處理（高級(jí)AB工藝）在該實(shí)施方案中，先建高速率的A級(jí)處理特別適合我國(guó)國(guó)情， 因它能緩和