地,有99%细菌失活时,经过6~7个世代,细菌浓度即可达到原有 水平。 使细菌能够在冲击状态下存活的遗传学基础是突变作用和质粒 的存在。 细菌密度以100%=2 kgMLSS/m3计 受损后残存的细菌密度 2.0 受损99% 受损999% 世代代数 204o的s1 0240 Ild 时 间四n 1去3 12 时向/h 图2-3受损后细菌密度和恢复 时间之间的关系 (2)微生物突变与质粒转移活性污泥中的任何细菌群体都能 以各种各样的方式对环境变化作出反应。新环境形成的初期,不适 应新环境的细菌死亡,随后从系统中消失。与此同时新环境为其他 细菌的优势增殖提供了有利条件。适应性细菌的重要来源是突变 致突变物质能导致突变,即遗传物质发生变化。这些突变中仅千分 之一,是能存活的正突变,其余都是致死突变。考虑到A段内活性 污泥中细菌数量很高在每一人口当量中每日出现7.5×105个正突 21
变是可能的。除Ⅹ射线和Y射线外,亚硝酸盐等化学物质也是诱变 物质。污水中普遍存在的酸碱和有毒物质的长期影响也能诱发突 变。突变为活性污泥适应环境、降解难降解物质提供了生物遗传学 基础。而A段污泥对毒物的抗性则来源于质粒的转移。 在医疗方面质粒转移往往造成抗药性基因的迅速传播,从而造 成医疗困难,AB工艺中的A段环境特别有利于质粒的转移。质粒 是环形的DNA分子,它们不受染色体支配,能侵入菌体并利用菌体 的复制系统自我复制增殖。质粒普遍携带抗性基因,有的质粒还携 带一般细菌不具备的特殊基因,如降解PCB的基因。众多的质粒构 成了细菌的抗性基因库和降解特殊有机物的基因库。在选择性工艺 环境中(如冲击负荷),质粒的抗毒性基因和降解特殊物质基因赋予 细菌明显的优势。在正常的细胞分裂中,质粒能传给子细胞。质粒 还能通过接合作用从携质粒细菌转移到无质粒细菌内,接合过程不 受细菌种属和质粒来源的限制,A段中高密度悬浮细菌的存在对接 合有利。在A段中占优势地位的肠道细菌的接合过程需花费1.5~ 20h。假设A级泥龄为8h,那么在A段微生物中至少能发生4次接 合,在此期向约10%的细菌受到质粒侵人。质粒在活性污泥中的传 播,提高了活性污泥对环境变化、特别是化学变化的抗性。对污水处 理厂(特别是工业废水处理厂)来说,处理效果和工艺稳定性的好坏 与质粒的存在与否密切相关。 AB工艺与氮、磷去除 由于水体富营养化和水资源短缺问题日益严重,许多污水必须 经过除磷脱氮处理然后排人水体或回用。如果用其他工艺取代AB 工艺的B段,可以使AB工艺具有深度处理效果。 (1)具有脱氮功能的AB工艺AB工艺中A段的超高负荷运 行,为B段的硝化作用创造了有利条件。污水经A段对氮和有机物 的去除后,出水BOD5/N比值降低,从而增大了硝化菌在活性污泥中 的总量和硝化速度,曝气区体积可以相应降低,这是有利的一面。但 A段中BOD和氮的去除不是按同一比例下降的,必须特别注意原 水中氨氮、有机氮和碱度的含量以及出水的氨氮含量要求。由于硝
化作用要消耗污水中的碱度,大约每硝化1ng/L的NHN要破坏 7.2mg/L的碱度(以CaCO计),总的硝化反应如下式所示 NH 202 2HOO3--NO5+ 2HC03+ H2O 可见碱度由于氨的氧化而被破坏,产生二氧化碳(H2CO为液 相)。这样,硝化作用使污水的pH值下降而pH值对硝化速度有重 大影响。所以对碱度低而氨氮浓度高的原污水进行硝化时,需检查 碱度是否足够,这一问题对于AB工艺同样不能忽视。 当B段硝化反应所需碱度不足而又需去除总氮时,就必须进行 反硝化。一般认为两段活性污泥法往往不能达到满意的反硝化效 果认为进人第二段曝气池污水中的有机物含量过低,不利于反硝化 的正常进行。Bhke认为,这个结论对于传统的两段活性污泥法系 统可能是合适的,但对AB法而言,A段以超高负荷运行,污水经A 段处理后尚有保证反硝化的BOD5N比值,A段在兼氧运行时,A段 出水BOD/OOD比值甚至有所上升,可使反硝化所需BODN比值 得到优化调节。 对于反硝化所需的BOD/N比值问题, Bohnke认为此比值在3 左右足以保证反硝化效果。他认为如果需要精确计算,则对反硝化 来说,进水BODN值并不重要,主要是去除BOD量和反硝化去除 的氮量之比(即△ BODSAN)。因为很少要求达到100%的硝化和反 硝化,而且一部分氮是通过微生物机体合成,而不是通过反硝化去除 的。因此实际上△BOD/△N要比进水BOD/N值更大些。迄今对 于BOD5/N值为3就足以保证反硝化要求问题尚有争议,因为上述 比值仅是理论值要进行充分的反硝化需要足够的BO量作为反 硝化的碳源,而且其组分主要应是溶解性的BOD。不少学者认为 进行反硝化所需的BODN值不宜小于4-5。实际上此比值不是 个定数要根据不同水质特别是BOD3、OOD的组成情况而定。 在设置反硝化系统时,内回流的混合液中会带进不少溶解氧。这部 分溶解氧将首先消耗一部BOD,不利于反硝化,对这一不利因素需 加以考虑。至于通过改变A段的负荷和溶解氧含量,可调节反硝化 所需的BODN比值问题虽然 Bohnke通过生产性试验已得出结
论,但我国城市污水中工业废水的比重很大,一般都在2/3左右,有 些城市污水在兼氧运行条件下BOD5OOD比值得以改善,但有些组 分太复杂,即使在兼氧运行时有些难降解的有机物仍不能转化,COD 的去除率仍难以提高。因此除加强工业废水的预处理外,A段的 BOD去除率要加以控制,不宜过高,否则容易导致B段(硝化反硝 化工艺)碳源不足,影响反硝化效果。BODN比值问题比较复杂 对于某种特定的城市污水最好通过实际测试加以明确。 (2)具有除磷功能的AB工艺AB法中A段的产泥量很高(约 占总产泥量的80%), Bohnke通过试验和生产运行表明,污泥含磷量 高于常规活性污泥法。A段能去除进水总磷的20%~50%。 Krefeld AB法污水厂在正常运行不投加化学品情况下,其除磷效果 可达70%左右,如在B段投加少量化学品(如铁盐),则除磷效率可 达90%以上。中国市政工程华北设计院在Q市进行AB法污水处 理试验时,连续观测到高达80%~90%的磷去除率。如果把B段换 成厌氧/好氧(AO)除磷工艺,工艺终沉出水的磷浓度将很低 (0.5mg/L以上)。也可以在B段中增设化学法除磷。前者的投资 费用比普通活性污泥法低10%左右,后者则高5%~20%。前者的 运行费用比普通活性污泥法低10%~20%后者则高10%以上。 (3)AB工艺与生物除磷脱氮工艺的结合T市污水处理厂将 采用这类工艺,工艺流程由A段加生物除磷脱氮工艺(如AAO改 良工艺)构成。对原污水水质波动大,BOD3和BOn/TN比值高的 污水来说,A段的设置为后续工艺提供了强有力的保护作用,使工艺 的稳定性和节能效果均得以提高,而且保证处理效果达到要求。通 过对某市的污水处理试验结果表明,当 BODS/TN和BODk值偏高 时,其生物除磷脱氮功能的AB工艺与单纯生物除磷脱氮工艺相比, 运转费用下降20%左右,BOD、 CODSSTN和TP的去除率分别高 于96%90%95%80%和96%。进水BODy/TN比偏低时,为了避 免碳源不足,原污水可直接进入生物除磷脱氮工艺保证出水水质达 到要求。 5.AB工艺的污泥特性与产率
根据资料报道,A段活性污泥具有下列主要特性: (1)在极短的时间内即可将污水中含有的原污泥完全活化,所 形成的外形较为均匀的A段污泥,其絮体呈黑褐色,沉降速度较快, 在通常情况下SVI值小于50。 (2)污泥絮体由结构均匀的细菌菌胶团组成,无真核微生物和 原生动物,个别絮体呈长条纤维状。 (3)A段的污泥有不少趋于形成辫状物,这种辫状物的大小与 细格栅滤物基本相冋。 (4)A段活性污泥的有机组分高于传统活性污泥法的活性 污泥。 (5)A段活性污泥絮体具有良好的吸附、絮凝和沉淀性能,可以 认为其本身就是一种自然絮凝剂和沉淀剂。 6)A段中的大部分细菌一般都嵌附于一种粘性物质上,从各 种现象看这种粘性物质可能是一种营养物质。 (7)原污水经A段短时间处理后,生物降解性得到改善。 微生物学研究表明,A段污泥中大部分细菌属于大肠杆菌属,A 段的细菌组成与B段基本相同,但所占百分比不同,A段污泥的细菌 总活性明显高于B段,在降解聚合物的生理活性方面A段细菌比B 段细菌高90%。 A段污泥的组成可分成三部分: (1)与初沉池中单纯的沉淀作用不同,大部分不可沉淀的悬浮 物在A段中与活性污泥絮体相互结合而去除,成为A段污泥的组成 部分。 (2)可沉物质在中沉池中发生沉淀,其去除率与初沉池基本 相同。 3)A段微生物对污水中有机物的吸附和降解形成污泥。 若能正确求得上面三部分的相互关系和各自所占的比例,就有 可能计算出以活性组分为基础的污泥负荷,从而也就能求得最佳固 体浓度和污泥龄。但到目前为止,这种想法仍难以实现。由于A段 污泥中含有较大的非活性污泥组分,故回流污泥浓度和泥齡的一般