A2O-BAF與A2O工藝處理較高C/N比生活污水時(shí)的污泥沉降性對比分析

李欣，彭永臻，王建華，陳永志

(北京工業(yè)大學(xué) 北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100124)

我國大多數(shù)的城市生活污水都采用活性污泥法處理，活性污泥是污水活性污泥處理系統(tǒng)的反應(yīng)工作主體，是由細(xì)菌、微型動物為主的微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起所形成的絮狀體顆粒[1]，而活性污泥的泥水分離問題是活性污泥法工藝中經(jīng)常遇到的非常棘手的問題之一。污泥與處理水得分離是通過沉淀方式完成的，因此，活性污泥沉降性能的好壞將直接影響活性污泥處理工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性及處理效果。引起污泥沉降問題的原因大概可概括為：污泥膨脹、泡沫和浮渣、污泥分散生長和污泥上浮，其中污泥膨脹是最棘手的問題[2]。造成污泥膨脹的原因可歸納為：廢水中碳源含量多、可溶性有機(jī)物多、低溫、低溶解氧、低負(fù)荷和沖擊負(fù)荷突變等[3?4]。污泥含磷量增高，則污泥密度也會增加，所以，污泥含磷量也直接影響污泥的沉降性。Andreasen等[5]調(diào)查了丹麥100個(gè)去除營養(yǎng)物質(zhì)的污水處理廠的污泥沉降性能，發(fā)現(xiàn)除磷的污水處理廠的沉降性能最好。有研究表明[5?6]：聚磷菌密度大，有利于污泥的沉降。在對污泥絲狀膨脹研究后Wanner等[7]認(rèn)為：012型菌和球衣菌在厭氧條件下幾乎不能水解胞內(nèi)聚磷顆粒從而難以獲得能量，因此，生長會受到抑制[8]。對于菌膠團(tuán)中的聚磷菌，它們可利用釋磷產(chǎn)生的能量來攝取有機(jī)物并加以貯存[9]。在后續(xù)的好氧階段，主體液相中基質(zhì)濃度很低，絲狀菌無法獲得足夠碳源基質(zhì)，造成生長緩慢，而菌膠團(tuán)中聚磷菌則可以通過分解胞內(nèi)PHB來獲得能量、進(jìn)行生長繁殖，從而在系統(tǒng)占據(jù)優(yōu)勢。本文作者以實(shí)際生活污水為處理對象，考察 A2O-BAF工藝在處理易引起污泥膨脹的較高C/N比生活污水時(shí)的沉降性是否優(yōu)于普通A2O工藝，以便為解決運(yùn)用活性污泥工藝的污水處理廠面臨的棘手的泥水分離問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和運(yùn)行參數(shù)

A2O-BAF工藝流程見圖1。包括進(jìn)水水箱、A2O反應(yīng)器、二沉池、中間水箱、曝氣生物濾池和出水水箱。其中A2O反應(yīng)器由9個(gè)格室構(gòu)成，總有效容積為30.5 L，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)的容積比為2:5:2，二沉池有效容積為21 L。A2O的進(jìn)水流量是3.8 L/h，硝化液回流比為 300%，污泥回流比為 70%，溫度為18～22 ℃，DO控制在2 mg/L左右。BAF的容積為15 L，HRT為30 min。系統(tǒng)進(jìn)水量、硝化液回流量、污泥回流量均由蠕動泵控制，BAF的進(jìn)水量由高壓泵控制。BAF以陶粒為填料，形成了良好的生物膜。

普通A2O工藝流程見圖2，A2O反應(yīng)器由9個(gè)格室構(gòu)成，總有效容積為30.5 L，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)的容積比為2:3:4，二沉池有效容積為21 L。進(jìn)水流量是3.8 L/h，硝化液回流比為300%，污泥回流比為70%，溫度為18～22 ℃，DO控制在2 mg/L左右。系統(tǒng)進(jìn)水量、硝化液回流量和污泥回流量均由蠕動泵控制。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)與步驟

試驗(yàn)采用北京工業(yè)大學(xué)家屬區(qū)排放的生活污水。原污水水質(zhì)如表1所示。

通過投加乙酸鈉達(dá)到較高的C/N比，使COD在370～480 mg/L左右變化，主要考察A2O-BAF與A2O這2種工藝處理我國相對較高C/N比生活污水時(shí)的污泥沉降性的不同。整個(gè)試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行大約30 d。

1.3 檢測項(xiàng)目及方法

表2所示為分析項(xiàng)目與方法。

污泥含磷量按照趙慶祥的方法[10]測定。

圖1 A2O-BAF工藝流程圖Fig.1 Schematic diagram of A2O-BAF system

圖2 普通A2O工藝流程圖Fig.2 Schematic diagram of normal A2O system

表1 實(shí)際生活污水水質(zhì)Table 1 Quality of actual domestic wastewater

表2 分析項(xiàng)目與方法Table 2 Analyses items and methods

2 結(jié)果與討論

2.1 2種工藝的污泥沉降性

SVI能夠反映活性污泥的凝聚、沉降性能，對于生活污水及城市污水，此值以介于 70～100為宜[11]。在上述水質(zhì)條件下，穩(wěn)定運(yùn)行30 d，2種工藝的SVI變化如圖3所示。從圖3可以看出：A2O-BAF工藝的SVI一直保持在80左右，而普通A2O工藝的SVI則達(dá)到了200，顯著高于前者。

2.2 導(dǎo)致2種工藝沉降性差別的因素

2.2.1 絲狀菌性膨脹

絲狀菌為好氧異養(yǎng)菌，A2O-BAF工藝相對普通A2O工藝好氧段短很多，供給絲狀菌生長的DO不足，所以絲狀菌生長慢很多。同時(shí)，A2O-BAF工藝形成的低氧小區(qū)域也少很多，一方面是因?yàn)槠浜醚醵伪旧砭投?，另一方面是因?yàn)槠胀ˋ2O的溶解氧多，那么回流污泥中的溶解氧也多，使前段難于保持理想的厭氧環(huán)境與缺氧環(huán)境，也形成了低氧環(huán)境。早在 1967年，Wo[12]指出絲狀菌與非絲狀菌的競爭基于比表面積，絲狀菌的比表面積大于非絲狀菌，競爭氧氣能力強(qiáng)[13]。低氧環(huán)境中絲狀菌占優(yōu)勢，引起污泥膨脹。圖4給出了2種工藝缺氧段出水COD的變化。從圖4可以看出：A2O-BAF工藝缺氧段出水COD低于普通A2O工藝，有機(jī)負(fù)荷都很低(小于0.1 kg/(kg·d))，絲狀菌的親和力強(qiáng)，低有機(jī)負(fù)荷有利于絲狀菌占優(yōu)勢[3,13]。污水在A2O-BAF工藝中經(jīng)過缺氧段后，剩余COD已經(jīng)很少，而且此工藝好氧段很短，所以，絲狀菌的優(yōu)勢占種不如普通 A2O?？刂莆勰嗯蛎浀娜毖踹x擇理論[3?4,13?14]在A2O-BAF工藝中得到充分應(yīng)用。通過鏡檢發(fā)現(xiàn)普通 A2O工藝中的污泥有大量菌絲伸出污泥外，而且絮體松散，可推測普通A2O工藝出現(xiàn)較嚴(yán)重的絲狀菌性膨脹；A2O-BAF工藝的污泥沒有菌絲伸出污泥外面，且絮體較密實(shí)。

2.2.2 污泥含磷量

圖3 2種工藝SVI的變化Fig.3 Variations of SVI in two processes

圖4 2種工藝缺氧段出水COD的變化Fig.4 Variations of COD concentration in two processes

圖5給出了2種工藝污泥含磷量的變化。從圖5可以看出：A2O-BAF工藝中的污泥含磷量差不多是普通A2O工藝的2倍多。由于磷是無機(jī)質(zhì)，能增加污泥的密度，所以，污泥含磷量高利于污泥的沉降。Andreasen等[5]調(diào)查了丹麥100個(gè)去除營養(yǎng)物質(zhì)的污水處理廠的污泥沉降性能，發(fā)現(xiàn)除磷的污水處理廠的沉降性能最好，其中一個(gè)原因就是除磷污水廠的污泥含磷量高。A2O-BAF工藝污泥含磷量高的可能的原因?yàn)椋阂皇窍趸?dú)立于除磷系統(tǒng)外，回流污泥中的硝酸鹽和亞硝酸鹽很少，在厭氧段形成良好的條件使聚磷菌充分釋磷[15]，圖6所示為2種工藝厭氧段釋磷量的變化。從圖6可以看出：A2O-BAF工藝厭氧段釋磷量遠(yuǎn)高于普通 A2O工藝)，而后聚磷菌在缺氧段利用硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮為電子受體缺氧吸磷，在好氧段以O(shè)2為電子受體好氧吸磷，形成了極好的良性循環(huán)，促進(jìn)

圖5 2種工藝污泥含磷量的變化Fig.5 Variations of phosphorus content in sludge in two processes

圖6 2種工藝厭氧釋磷量的變化Fig.6 Variations of anaerobic phosphorus release in two processes

了聚磷菌的生長，而聚磷菌多有利于改善污泥沉降性，減少污泥膨脹的發(fā)生[5?6]；二是普通A2O的DO高，那么，回流污泥中的DO也高，使前段難于保持理想的厭氧環(huán)境與缺氧環(huán)境，影響釋磷、反硝化與反硝化除磷進(jìn)程，限制了聚磷菌的生長；三是缺氧條件比好氧條件的污泥產(chǎn)率低[16?17]，但在好氧條件下生長起來的大部分都是與脫氮除磷無關(guān)的菌種，試驗(yàn)測得A2O-BAF工藝的MLVSS為2 500 mg/L左右，而普通A2O工藝大約為3 400 mg/L左右。圖7給出了2種工藝二沉池出水 TP的變化情況。由圖7可以看出：A2O-BAF工藝的除磷情況遠(yuǎn)好于普通A2O工藝。

圖7 2種工藝二沉池出水TP的變化Fig.7 Variations of secondary sedimentation tank effluent TP in two processes

2.2.3 氣泡問題

氣泡會引起污泥上浮，而且會攪動污泥，破壞污泥凝聚，直接影響污泥沉降性。A2O-BAF工藝采用生物膜法和活性污泥法相結(jié)合的雙污泥系統(tǒng)，硝化過程在BAF中獨(dú)立進(jìn)行，而有機(jī)物的去除、除磷和反硝化在A2O段進(jìn)行，解決了硝化菌與聚磷菌對污泥齡要求不同的問題，好氧段停留時(shí)間得以大幅度縮短。普通A2O中的硝化過程與好氧除磷過程一起在好氧段完成，為了脫氮效率的提高，必須保證好氧段曝氣充足與停留時(shí)間足夠長，使硝化完全。曝氣充足，易使氧氣附著在污泥表面，引起污泥上浮，還會導(dǎo)致絮體顆粒變小，易分散，進(jìn)入二沉池時(shí)，污泥不易下沉，造成出水SS偏高，污泥流失。在A2O的好氧段進(jìn)行硝化反應(yīng)，則在好氧區(qū)曝氣不足的地方或沉淀池會發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮?dú)獾葰馀荻鴰硬糠治勰嗌细　Ｒ延醒芯恐赋?，運(yùn)用活性污泥工藝脫氮的污水廠的污泥沉降性要差一些[5]，很大可能是由氮?dú)鈳拥奈勰嗌细∫鸬摹D8給出了2種工藝好氧段出水-N，-N與缺氧段出水-N，-N質(zhì)量濃度差的變化。由圖8可以看出：A2O-BAF工藝的A2O的好氧段硝化能力遠(yuǎn)小于普通A2O工藝好氧段的硝化能力。通過FISH試驗(yàn)估算A2O-BAF工藝污泥中的硝化菌僅占全菌的 7%左右，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。通過顯微鏡可以觀察到，A2O-BAF工藝中的污泥絮體更密實(shí)。

圖8 2種工藝好氧段出水-N，-N與缺氧段出水-N和-N質(zhì)量濃度差的變化Fig.8 Variations of concentration gap of aerobic effluent -N,-N and anoxic effluent -N,-N in two processes

3 結(jié)論

處理較高C/N生活污水時(shí)，A2O-BAF工藝的SVI在80左右變化，普通A2O工藝的則達(dá)到了200多，前者無污泥膨脹之虞，而后者比較嚴(yán)重。造成2種工藝的污泥沉降性差別的主要原因?yàn)椋篈2O-BAF工藝缺氧段長，好氧段短，能有效抑制絲狀菌性膨脹；A2O-BAF工藝污泥含磷量比普通A2O工藝的大1倍多，前者為 6%左右，而后者為 3%左右；A2O-BAF工藝面臨的污泥上浮問題遠(yuǎn)不如普通A2O工藝嚴(yán)重，絮體更實(shí)，凝聚性更強(qiáng)。

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