第二节吸附生物降解法 概述 吸附生物降解工艺( Adsorption Biodegradation)简称为AB工艺, 是联邦德国亚琛大学B. Bohnke教授于20世纪70年代中期所发 明,80年代初开始应用于工程实践。该新工艺是在传统两段活性污 泥法(Z-A法)和高负荷活性污泥法的基础上开发的,属超高负荷活 性污泥法。 活性污泥法是处理废水的一种最传统的方法。由于传统活性污 泥法有其本身的弱点,即活性污泥中的微生物群体是细菌和原生动 物等众多生物组成的复合生物群落,对水质变化和冲击负荷的受 能力较弱,易发生污泥膨胀、中毒现象能耗也较高因此专家们开发 了Z-A法和高负荷活性污泥法等新工艺。但是,这些方法都设有 初沉池,故第一段负荷不够高,同时第二段剩余污泥回流到第一段 使生物相发生混乱,导致BOD去除不充分,出水带菌多。针对以上 不足,一种全新的工艺—AB法应运而生。AB法自问世以来,发 展很快,到目前为止欧洲已有50余座污水处理厂采用了这项技术。 联邦德国的研究与工艺部在《1984~1987年度环境技术报告》中从 处理效果、运行状况基建投资和能量消耗”四个方面对AB法给予 了充分肯定。近年来,国内有关单位也对AB法进行了研究,并取得 了一些成果。 二、AB法工艺流程 AB法工艺流程如图2-1所示。 AB法工艺流程的主要特征包括 (1)A段污泥负荷很高,可达2-6 kgBODsi/( kgMLSS.d),为常 规法的10~20倍,泥龄短(0.3~0.5d),水力停留时间约为30min,B 段污泥负荷较低0.15~0.30 kgBOD( kgMLSS·d)],停留时间约为 2~3h,泥龄15~20d,溶解氧含量为1-2mg/L
段 最终沉淀 格舞沉秒气吸附中向间沉淀 出水 市政售 网排水 国污泥剩余污泥 回流污泥剩余污视 图2-1AB法工艺流程 (2)A段和B段的微生物群体特性明显不同,并通过互不相关 的两套回流系统严格分开。A段的活性污泥全部是细菌(大肠杆菌 属),其世代很短,繁殖速度很快,繁殖时间为20min,相当于每天72 个世代。B段的微生物主要为菌胶团、原生动物和后生动物。 (3)不设一沉池,使A段成为一个开放性的生物动力学系统 (4)A段可以根据污水组分的不同实行好氧或缺氧运行。 总而言之,AB工艺是一种新型的活性污泥法,对BOD、COD Ss、磷和氨氮的去除率一般均高于常规活性污泥法,且可节省基建 投资约20%,节约能源15%左右。其突出的优点是A段负荷高,抗 冲击负荷能力很强,对pH和有毒物质具有很大的缓冲作用特别适 于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水;既适用于新建污水处理 厂又适合改建旧处理厂,是一种很有前途的方法。 三、AB工艺的机理与特性 1.A段对 BOD COD和SS的去除 根据资料介绍,AB法流程,遵循以下两条基本原理 (1)与单段系统相比,微生物群体完全隔开的两段系统能取得 更佳和更稳定的处理效果。 2)对于一个连续工作的A段,由外界连续不断地接种具有很 强繁殖能力和抗环境变化能力的短世代原核微生物,大大提高了处 理工艺的稳定性。 实际上,AB工艺是由城市排水管网和污水处理厂构成的处理 16
系统。城市居民连续不断地排泄细蘸,其中约5%-10%的细菌能 在好氧兼性厌氧条件下存活和增殖。在排水管网中发生细菌的增 殖适应和选择等生物学过程,使原污水中出现生命力旺盛、能适应 原污水环境的徵生物群落。因此,城市污水实质上是污染物和微生 物群体的共存体。在AB工艺的A段中充分利用了原污水中存在的 生物动力学潜力。排水管网系统把人类和污水处理厂连接起来形成 “人类一沟渠一处理厂”污水净化系统。如果超高负荷A段中微生 物体积为100%。经测定表明,恒定地由沟渠系统流入A段的微生 物量所占比例达15%左右。 A段是AB工艺的主体,对整个工艺起关键作用。AB法去除有 机物的机理尚有待进一步探讨。根据活性污泥在与污水接触的第 分钟内,就能快速吸附大量的有机物的特征, Bohnke认为A段主要 通过絮凝吸附作用去除BOD,而靠氧化分解去除BOD所占比例较 小。根据 Bohnke对许多AB法污水处理装置的调研测试结果表明, A段所去除的BOD中,三分之二属生物吸附,三分之一由生物降解 去除。中国市政工程华北设计院结合某市污水处理工程所做试验结 果同样表明,A段污泥具有很强的吸附能力和良好的沉淀性能A段 对有机物的去除不是以细菌快速增殖降解作用为主,而是以细菌的 絮凝吸附作用为主,静态试验表明原污水中存在大量已适应原污水 的微生物,这些徽生物具有自发絮凝性。当它们进入A段曝气池 后,在A段内原有菌胶团的诱导促进下很快絮凝在一起絮凝物结 构与菌胶团类似,絮凝的同时絮凝物与原有的菌胶团结合在一起,成 为A段污泥的组成部分,具有较强的吸附能力和极好的沉降性能。 被絮凝的微生物量与A段污泥浓度有关,污泥浓度低于1g/L时絮 凝效果差。与絮凝吸附发生的同时微生物出现程度有限的增殖,这 种增殖可能与A段污泥的促絮凝作用(或物质)的产生有关。根据 某市污水处理试验进水中以SS形式表达的微生物量按150mgL 计,A段出水微生物量为70mg/L。那么A段中由进水微生物形成 的污泥浓度2可按下式计算 p;=q0△mt/V (2-1)
但是,不能把提高COD去除率的希望完全寄托在A段的兼性 运行上,这是因为A段对难降解物的转化往往是有限的,这种转化 不是A段兼性运行的必然结果。难降解物的转化需要三个基本 条件: (1)兼性厌氧运行; (2)特定种类的微生物; (3)可转化的难降解物。 条件(1)和(2)可通过人为控制A段环境获得,条件(3)则取决 于原水的化合物组成实际上仅某些种类的难生物降解化合物能在 兼性运行时转化成易降解物许多种类的难降解物是难以兼性转化 的。我国城市污水中工业废水所占比例很大,而且多数工业废水未 经有效的预处理(尤其是造纸废水和印染废水),造成城市污水水质 复杂多变,所含难降解物质种类繁多、且浓度较高,在兼性运行条件 下 BODS/COD往往得不到改善,在Q市和B市所做的试验中均存 在这一问题。因此,对我国的污水需加强工业废水的预处理,从根本 上解决问题。 另一方面,A段在DO低于0.5mg/L条件下,长期连续运行也不 合理的,其原因是:①好氧增殖活动不仅促进A段的生物絮凝作 用,而且是保证A段正常运行的必要条件;②兼氧运行将会导致生 物絮凝作用的减弱和代谢产物的阻遏作用,从而使A段处理效率降 低。因此,A段宜兼氧和好氧交替运行,以保证BO5/OOD值的改 善和A段处理效果。 为了最大限度地实现污水的预处理,A段应不断地改变运行方 式,其方法为:将A段曝气池分成两部分:第一部分按兼氧、好氧 交替运行第二部分按好氧运行。兼氧好氧交替运行可通过正确布 置曝气装置(如单侧布置形成特定的水流方向得以实现。 3.A段的抗冲击负荷能力 AB工艺的高度稳定性仅就其对pH冲击的强大缓冲能力已可 说明问题,如联邦德国的 Krefeld污水处理厂(1981年开始运行的第 个AB法处理厂),在1983年2月12日至14日曾经受了进水pH
值下降的严重冲击。2月12日进水pH值一度下降到I左右,2月 13日上午至14日下午(约30h)进水pH值为3~4,而在此期间A段 出水的pH值仅有微小波动,B段出水无变化。 AB工艺中微生物群体对有机污染物和毒物的冲击负荷有显著 的缓冲能力。在冲击负荷终止后,系统能很快恢复到原有状态。从 图2-2可以看出 Krefeld污水处理厂被有毒物质冲击后的情况。A 段溶解氣浓度的明显上升,说明微生物受到伤害,但B段溶解氧浓 度无明显变化,经4h后A段溶解氧浓度下降到原有水平,说明微生 物呼吸已恢复正常。因此A段的存在使进水水质的变化、污染物和 有害物质的冲击负荷不影响后续工艺的稳定运转。 A段事物负荷 B段溶解氧 A段溶解氧 1982年8月20日 图2-2毒物对AB工艺系统的影响 A段的抗冲击负荷能力除了与吸附作用有关外还与下面两种 生物过程密切相关。 (1)细菌的快速增殖与外源补充A段中的细菌群体处于食料 充足的状态,具有很强的新陈代谢能力世代时间短,能很快克服出 现的失活和不可逆转的损害作用,适应不断变化的外界环境。 如果A段受到某种形式的有毒物质冲击,使细菌大量死亡,那 么恢复A段细菌浓度的途径有:(a)原污水中的细菌不断地流人系 统;(b)A段中仍存活的细菌出现增殖。如图2-3所示,y轴表示 仍存活的细菌百分数,x轴表示世代代数。设细菌最佳分裂时间和 A段实际分裂时间分别为20mn和1h,根据世代代数和分裂周期即 可算出受损后A段的恢复时间。假定受冲击后有90%细菌失活和 死亡,从图2-3可知,经3个世代时间(即3h)后即可恢复。同样