微生物在AO工艺中的应用研究

“中国污水”－北京市高碑店污水处理厂中国污水北京城市排水集团有限责任公司高碑店污水处理厂满负荷运行全达标排放改善水环境造福全社会微生物在A/O工艺中的应用研究本研究旨在杭州市四堡污水处理厂扩建工程竣工后的二级处理(A/O法)运行中尽可能提高微生物的作用效率，并为同行们在此方面提供参考经验。我们在扩建工程竣工前进行了小试和中试，探索和比较了各种活性污泥培养方法，均培养出了生物活性强、沉降和浓缩性能良好的活性污泥，并根据试验中的经验和依据为该厂二级处理试运行中的培养活性污泥阶段提出了切实可行的方案，且探索和选择了该厂生化处理各工艺参数的最适值，为试运行的成功打下了良好的基础。在扩建工程竣工后的试运行阶段中，不仅以最经济、省时的方法顺利培养出了各种有关性能的良好的活性污泥，使出水达到二级处理指标，还进一步探索和选择了该厂A/O法生化处理各工艺参数的最适值，达到了本研究目标。一、小试在该厂扩建工程(A/O法)竣工之前，我们于1998年5月20日～8月11日期间进行了活性污泥培养的小试，初探如何在尽可能短的时间内，最经济地培养出足量活性污泥，以确保试运行的顺利进行，并为同行们提供参考经验。1.步骤1)取数个大玻璃瓶，其直径21cm、高32cm，灌初沉池出水于其中达26cm深。2)装置小型曝气器，用橡皮管将其与小型微孔曝气头连接，并在橡皮管上各夹上金属夹以控制曝气量。3)以下列方式预处理上述大玻璃瓶中初沉池污水。Ⅰ.取杭州市啤酒厂的活性污泥脱水泥饼若干，经计算并称量两份后加入上述大玻璃瓶内初沉池出水中，使浓度分别达1，000ppm和500ppm的浓度。Ⅱ.取二份含固率4%的该厂初沉池污泥，在上述大玻璃瓶内初沉池出水中分别以1/5和1/10的比率稀释，使之分别达4,000ppm和8,000ppm的浓度。Ⅲ.取含固率30%的该厂初沉池污泥脱水泥饼，如Ⅰ中同样操作使固体浓度均达1,000ppm。Ⅳ.取宁波市造纸厂的活性污泥和其脱水泥饼若干，如Ⅰ中同样操作，使固体浓度均达1,000ppm。4)将上述微型曝气头置入上述各经预处理的初沉池出水和一瓶未经预处理的初沉池出水中，开始曝气。5)每隔12h停止曝气1.5h,并且橡皮管虹吸出上清液，换入初沉池出水。6)在曝气12h后取混合液样，以滤膜法测MLSS，以沉降法测SV30并以硫酸铜-氨基磺酸絮凝修正法测DO。沉淀1.5h后取上清液样，测BOD5。7)每日用低倍显微镜观察混合液中生物相的变化。注：以上ppm浓度均以干固体计，相当于SS浓度(mg/L)。2.结果与分析图1.1时间与各泥种的关系注：1.1，000ppm啤酒厂活性污泥；2.500ppm啤酒厂活性污泥；3.4,000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥；4.8,000ppm四堡污水处理厂初沉地污泥；5.1，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥泥饼；6.1，000ppm造纸厂活性污泥；7.四堡污水处理厂初沉池出水；8.1，000ppm造纸厂活性污泥泥饼。图1.2时间与BOD5浓度变化曲线(4000ppm初沉池污泥)1)由图1.1中见，在各泥种中，4，000ppm和8，000ppm该厂初沉污泥培养至活性污泥成熟所需时间最短，且二者需时相同。从低倍显微镜观察到的生物相来看，在未曝气前，二者中均见有少量梨波豆虫(Boda)、跳侧滴虫(PleuromonasJaculans)、屋滴虫(Oikomonus)、有尾波豆虫(CerooBODo)等鞭毛虫类原生动物，未见有活性污泥絮体，但有大量丝状菌。且外观发黑并发出臭味，DO量分别为0.02mg/L和0.18mg/L。培养3日后，4，000mmp者中以豆形虫(Colpidiwm)、草履虫(Paramecium)、肾形虫(Polpoda)、漫游虫(Lonotus)、盾纤虫(Aspidsca)等游泳型纤毛虫占优势，开始出现活性污泥絮体，其色较浅，结构较松散，丝状体已减少，但其丰度仍达E级：外观开始呈黄褐色，并稍有土腥味，表明细菌已进行分解代谢，伴之泌出土臭素和异冰片，DO分别为1.7和1.8mg/L，BOD5已有较大量降低(见图1.2)，上述现象表明适应于该厂污水的菌胶团细菌已增殖一定数量，有机污染物已得到一定量的分解，吸收和同化，DO已升高。培养14日后，这二者内的微生物相等基本持同，即均以大量钟虫(VorticeLLa)占优势，并伴有聚缩虫(Zoo-Hamnium)、独缩虫(Carchesium)、褶累技虫(Epistylis)、锐利盾纤虫(Aspidica)、盖虫(Opercularia)以及轮虫(Rotifers)等固着性或匍匐类的微型动物：活性污泥絮体量均大，结构较紧密，丝状菌丰度均达B级；外观均呈黄褐色，有土腥味：DO分别为2.8mg/L和2.9mg/L，由表1.1可见，BOD5分别降至25.0mg/L和2.5mg/L,COD分别达59.2mg/L和57.9mg/L,MLSS均增至2.5g/L,SV30分别达27%和28%。再比较图1.2和图1.3中4，000ppm和8，000ppm者中的BOD5浓度的下降趋势：在培养初期前者随时间下降率远比后者快，而在后期前者下降率趋于减缓，后者下降率趋于加快。最终二者中的BOD5浓度近于相同点。上述现象表明，在培养后期8，000ppm接种者中，随着有机物的逐渐氧化分解，DO趋充足，又因其中原有机物和微生物量都较4，000ppm中者充足，随着有机物的大量被吸附分解、同化、细菌的增殖及活性污泥絮体的形成都较在4，000ppm者中更快地进行。最后，8，000ppm者中的活性污泥量和有机物净化度均赶上4，000ppm者中，即造成由图1.1和表1.1可见的二者内活性污泥同时成熟的情况。图1.3时间与BOD5浓度变化曲线(8000ppm初沉池污泥)培养结束时BOD5、COD、SV30表1.1项目BOD5(mg/l)COD(mg/l)MLSS(g/l)SV30(%)培养时间(d)1，000ppm杭州啤酒厂活性污泥泥饼20.558.22.32021500ppm杭州啤酒厂活性污泥泥饼31.161.32.51829四堡污水处理厂初沉池出水33.463.12.419404，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥25.059.22.522148，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥22.557.92.523141，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥泥饼334.262.82.421261，000ppm宁波造纸厂活性污泥泥饼35.664.72.219181，000ppm宁波造纸厂活性污泥27.459.22.72121综上述，以初沉污泥培养活性污泥切实可行，浓度宜控制在约4，000ppm之下，以节省人力、物力。2)由图1.4.1和1.4.2可见，以1，000ppm杭州啤酒厂活性污泥脱水泥饼接种于初沉池出水内培养活性污泥过程中，开始10日内MLSS和BOD5曲线坡度较小，说明微生物量(主要由MLSS表示)增长不快，且有机污染物(由BOD5表示)消耗不多；其后，上述二曲线坡度显著变大，说明微生物增长率和有机污染物去除率均显著加快。由图1.1又可见以上述1，000ppm活性污泥脱水泥饼接种只比加1，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥脱水泥饼早5日培养出成熟活性污泥，并未显示接种法的显著优势。我们认为，上述现象是因为由某工厂取来的活性污泥具有针对该厂特有工业污水的专性菌种，而不能完全适应该厂所进污水(工业污水约占70%)，故还需一个驯化过程，使这些菌种逐渐形成能代谢该厂污水中污染物的酶系统，即形成针对该厂污水的专性。在驯化过程中，微生物增殖较慢，有机污染物去除量不显著。而当菌种驯化较完善后，活性污泥絮体的增长显著加快，有机污染物显著减少。综上述，在工业污水占大多数的大型城市污水处理厂的生化处理设施内，引入某工厂污水处理设施中仅适应于该工厂特有工业污水的活性污泥，以接种培养活性污泥，有一定局限性。时间(d)图1.4.1BOD5浓度与时间变化曲线(1000ppm啤酒厂活性污泥脱水泥饼)时间(d)图1.4.2BOD5浓度与时间变化曲线(1000ppm啤酒厂活性污泥脱水泥饼)3)由图1.1可见，将1，000ppm宁波造纸厂活性污泥脱水泥饼与1，000ppm该种活性污泥相比，前者只比后者迟3日达活性污泥成熟，可见脱水工艺及所加约3‰浓度的有机高分子絮凝剂对菌种活性影响并不显著。再将1，000ppm四堡污水处理厂初沉池污泥脱水泥饼与同厂初沉池出水相比，前者比后者早14日达活性污泥成熟，这说明初沉池污泥中原有菌种受脱水工艺影响亦不显著，进一步证实了上述推论。且此种脱水泥饼还具有约35%的有机成分，并有取材方便的优点。但无论何种泥饼在培养中皆需经常搅拌，使其均匀分布，在大型曝气池中似有一定操作难度。4)在培养过程中，定期以低倍显微镜观察本研究所设各种活性培养方法中活性污泥内生物相的变化，均可见这样的规律，在培养初期，可观察到较多的鞭毛虫，并兼有一定肉足虫；继而出现游泳型纤毛虫，并逐渐占优势，兼有少量固着型纤毛虫(主要是钟虫类)；随着BOD5指标的逐渐下降、MLSS指标的逐渐增量，活性污泥逐渐趋于成熟，钟虫类逐渐占优势(本研究经验初步一当BOD5＜30时，钟虫数量一般＞50个/ml)，并伴有少量固着型或匍匐型的其他微型动物，如轮虫等。因此，在该厂进水条件下，以钟虫是否占优势判断活性污泥的性能及其处理效果是否良好可靠的。但生物相观察只是一种定性方法，有一定局限性。今后还需在长期的实际运行中总结出更细致的该厂生物相变化规律。5)该厂进水中，生活污水仅占30%，其余为工业污水，可见生化性较差。在初沉池出水中经一级处理已去除了约25%的有机物，但由图1.1可见从中亦培养出成熟的活性污泥，虽培养时间较长(40日)。可能与在试验过程中温度较适合，进水水质也较稳定有关。如遇温度过低、水质不稳定的情况，培养结果尚不能预计。6)由图1.1可见1，000ppm啤酒厂活性泥饼接种与500ppm该种泥饼接种相比，培养出成熟活性污泥时间只差8日，接种浓度与培养时间并不成正比例。这可能是因为该厂污水内原来就含有菌种，在合适的曝气和温度条件下，亦能繁殖、增长，形成活性污泥絮体。7)由表1.1可见在各种活性污泥培养方法中，当活性污泥培养成熟，即MLSS达2.5g/L左右，SV3020%左右时，BOD5和COD分别降至30mg/L和120mg/L以下，基本与该厂A/O法工艺的设计指标相符。因此，可认为本研究中培养出的活性污泥之处理效率是高的，其沉降和浓缩性能是良好的，以2.5g/L为该厂A/O法工艺的MLSS设计指标是可靠的。8)在小试中，因条件限制未能定期测定DO。但总的看来，在培养初期活性污泥絮状体未形成前，DO控制在1.5mg/L左右，不宜过高，否则絮状体不易形成。9)在小试中，因条件限制未能详细探讨温度对活性污泥培养的影响。在此期间，温度在22～37℃范围内，总的看来，在22～35℃范围内温度对活性污泥增和蓄和净化率无显著影响；但在超过35℃的高温下，二者似均有所下降二、中试我们于该厂二级处理扩建工程竣工在即之时在小试的基础上进行中试，以便为该厂A/O法二级处理工艺试运行的关键步骤—活性污泥的培养提供更有参考价值的经验。我们于1999年4月28日—7月30日进行了活性污泥培养的中试。注：1.本图高程以米计，以地平为相对标高。2.图例：-1-给水管，-2-污泥管。3.装置3为流量计。1.步骤1)设计并建设中试构筑物，包括前池、A/O法曝气池、二次沉淀池和集泥井。曝气池中A池停留时间1.0h,O池停留时间5.4h,二沉池沉淀时间为1.2h，进水流量2..0m3/h。并装置空压机、搅拌浆、橡胶膜片微孔曝气头(3个，200mm直径)以及三个潜水泵(进水、出水和回流各一个)等设备。如图2.1示。2)从该厂初沉池的集泥井内取适量含固率约6%的初沉池污泥，输入中试曝气池的O池内，并以该厂所进污水稀释至4，000ppm浓度。3)在1999年4月28日—5月25日期间，采取间歇换水培养方式。于第一天开启空压机开始曝气，2日后即4月30日停止曝气1h。