AB工藝的運(yùn)行原理與特性

1、AB工藝的運(yùn)行原理與特性摘要：目前，AB法在歐洲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位也對(duì)AB法進(jìn)展了研究，并獲得了一些成果，理論證明該工藝是近代污水處理技術(shù)中的一項(xiàng)新開(kāi)展。本文就AB工藝的運(yùn)行原理與特性給予了闡述。關(guān)鍵詞：AB工藝原理特性一、前言目前，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家在建立和規(guī)劃中。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位也對(duì)AB法進(jìn)展了研究，并獲得了一些成果，理論證明該工藝是近代污水處理技術(shù)中的一項(xiàng)新開(kāi)展。AB工藝由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。AB工藝的主要特征是:1.A級(jí)污泥負(fù)荷很高，B級(jí)污泥負(fù)荷較低。2.A級(jí)和B

2、級(jí)的微生物群體特性明顯不同，并通過(guò)互不相關(guān)的兩套回流系統(tǒng)嚴(yán)格分開(kāi)。3.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)。4.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。AB工藝的典型設(shè)計(jì)參數(shù)表1級(jí)別F/kgBD5/kgLSSd水力停留時(shí)間hLSSg/L泥齡DA級(jí)260.52.0410h0.20.7B級(jí)0.100.30243.51520d0.71.5二、AB工藝的運(yùn)行機(jī)理1.A級(jí)對(duì)BD、D和SS的去除實(shí)際上AB工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5-10%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)中發(fā)生細(xì)菌的增殖、適應(yīng)和選擇等生物學(xué)過(guò)程，

3、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，城市污水本質(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。泰安市污水處理試驗(yàn)中觀測(cè)到的現(xiàn)象說(shuō)明，A級(jí)對(duì)BD和D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)說(shuō)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A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，絮凝物構(gòu)造與菌膠團(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)污泥的組成局部，并具有較強(qiáng)的吸附才能和極好的沉降性能。被絮凝的微生物量與A級(jí)污泥濃度有關(guān)，污泥

4、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)泰安市污水處理試驗(yàn)，進(jìn)水中以SS形式表達(dá)的微生物量按150g/L計(jì)，A級(jí)出水微生物量為70g/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=QSQ/V式中:Q進(jìn)水流量；QA級(jí)的泥齡；SA級(jí)截留的微生物量；VA級(jí)曝氣池體積。將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上式:Xi=4L/h80g/L10h/2L=1600g/L。A級(jí)的實(shí)際污泥濃度為2000g/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)BD去除的65

5、%左右，吸附和增殖導(dǎo)致的去除約占35%。增殖作用去除的BD根本上是溶解性BD。2.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)，比方多環(huán)芳香族的化合物、鹵代烴。假設(shè)完全用好氧方法處理，不僅消耗大量氧氣，而且BD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)中的一局部微生物能通過(guò)厭氧消化和不完全氧化等方式把BD5檢測(cè)不出、D可以檢測(cè)出的難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成BD5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)。3.A級(jí)的抗沖擊負(fù)荷才能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

6、的緩沖才能，沖擊負(fù)荷停頓后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)荷才能除了與吸附作用有關(guān)外，還與下面兩種生物學(xué)過(guò)程親密相關(guān)。(1)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)境變化作出反響。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。考慮到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)7.5105個(gè)正

7、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)基矗而A級(jí)污泥對(duì)毒物的抗性那么來(lái)源于:(2)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，AB工藝中的A級(jí)環(huán)境特別有利于質(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PB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)

8、，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，進(jìn)步了活性污泥對(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)粒的存在與否親密相關(guān)。4.AB工藝與氮、磷去除由于水體富營(yíng)養(yǎng)化和水資源短缺問(wèn)題

9、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。假如用其它工藝取代AB工藝的B級(jí)，可以使AB工藝具有深度處理效果。(1)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)的硝化條件，使B級(jí)污泥中硝化菌比例明顯進(jìn)步，硝化速率隨之大幅度進(jìn)步，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BD5/TN比值(3左右)得到最優(yōu)調(diào)節(jié)。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)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，ARAkref

10、eld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6.3gN3-N/gLSSh。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。(2)具有除磷功能的AB工藝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2050%。假如把B級(jí)換成厭氧/好氧(A/)除磷工藝，工藝終沉出水的磷濃度將很低(0.5g/L以下)。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，后者那么高520%。前者的運(yùn)行費(fèi)用比普通活性污泥法低1020%，后者那么高10%以上。(3)AB工藝與生物除磷脫氮工藝的結(jié)合泰安市污水處理廠將采用這類工藝，工藝流程由A級(jí)

11、加生物除磷脫氮工藝(如A/A/改進(jìn)工藝)構(gòu)成。對(duì)原污水水質(zhì)波動(dòng)大，BD5和BD5/TN比值高的污水來(lái)說(shuō)，這類工藝不但能保證處理效果到達(dá)要求，而且工藝穩(wěn)定性高、節(jié)能效果明顯。三、AB工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及其在我國(guó)應(yīng)用的可能性試驗(yàn)和消費(fèi)性理論已經(jīng)證實(shí)A級(jí)能去除4050%，甚至70%的BD5和10-30%的總氮，使工藝過(guò)程耗氧量減少30-40%，總運(yùn)行費(fèi)用下降20%左右，基建投資降低15-20%，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AB工藝與其它高級(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。泰它市污水處理試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)B

12、D5/TN和BD5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)費(fèi)用下降20%左右，BD、D、SS、TN和TP的去除率分別高于96%、90%、95%、80%和96%。進(jìn)水BD5/TN比值偏低時(shí)，為了防止碳能源缺乏，原污水可直接進(jìn)入生物除磷脫氮工藝，保證出水水質(zhì)到達(dá)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)展并很快進(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局部自給。

13、1.超負(fù)荷污水處理廠的改造我國(guó)污水處理廠的建立速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際需要。處理廠往往超負(fù)荷運(yùn)行，造成一系列問(wèn)題。假如把它們改成AB工藝就能較大幅度進(jìn)步污水處理廠的處理才能。德國(guó)和奧地利的消費(fèi)性理論已經(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。2.AB工藝與新廠建立目前，我國(guó)建立大型污水處理廠，往往因資金嚴(yán)重缺乏，而必須分期進(jìn)展，下面是一個(gè)較理想的分期施行方案: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)處理和局部硝化(AB工藝)第四期:高級(jí)生物處理(高級(jí)AB工

14、藝)在該施行方案中，先建高速率的A級(jí)處理特別合適我國(guó)國(guó)情，因它能緩和建立資金嚴(yán)重缺乏問(wèn)題，并能使大量污水得到處理。這是因?yàn)锳級(jí)去除率雖然只有60%左右，但處理單位BD5的費(fèi)用很低，低于普通活性污泥法的一半，基建投資也低于普通活性污泥法的一半。待資金充足時(shí)，很容易續(xù)建B級(jí)。3.AB工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)A級(jí)正常運(yùn)行的必要條件是原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，這些微生物根本上來(lái)自人類排泄物。由于A級(jí)的去除效率上下與進(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

15、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)的最正確污泥負(fù)荷是3-4kgBD5/kgNLSSd。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2-2.5g/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)中污泥濃度根本上與泥齡成正比關(guān)系，最正確泥齡控制應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)或消費(fèi)理論求得。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1.5h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)方法一樣，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)水的

16、BD5/TN比值3。對(duì)BD5/TN在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AB工藝的推廣應(yīng)用。也就是說(shuō)污泥問(wèn)題是AB工藝推廣應(yīng)用的主要障礙。四、結(jié)語(yǔ)AB工藝在國(guó)外已經(jīng)有較成熟的經(jīng)歷，但我國(guó)的污水特性和水質(zhì)環(huán)境與國(guó)外明顯不同，既使在國(guó)內(nèi)，各地的情況也相差較大，因此有必要深化研究AB工藝，開(kāi)發(fā)出合適不同污水水質(zhì)和不同處理要求的AB工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)，使這種高效低能耗、建廠投資小的污水處理方法在我國(guó)的污水處理事業(yè)中充分發(fā)揮作用。主要參考文獻(xiàn)1泰安市城市污水處理研究報(bào)告1989中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)院2Prf.Dr.lng.Dr.h.BthBhnke:DADABVERFAHRENIURBILG1SHENABASSERREiNIG