A2OBAF与A2O工艺处省略比生活污水时的污泥沉降性对比分析李欣

第43卷第3期中南大学学报(自然科学版)Vol.43No.32012年3月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)Mar.2012A2O-BAF与A2O工艺处理较高C/N比生活污水时的污泥沉降性对比分析李欣，彭永臻，王建华，陈永志(北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复重点实验室，北京，100124)摘要：考察2种工艺处理较高ρ(COD)/ρ(TN)(简写为C/N)生活污水时的污泥沉降性，系统在污水C/N比为7.1左右的情况下，稳定运行30d。实验结果表明：A2O-BAF工艺的沉降性远远好于普通A2O工艺，前者无污泥膨胀之虞，而后者比较严重，主要原因为：A2O-BAF工艺缺氧段长，好氧段短，能有效抑制丝状菌性膨胀；A2O-BAF工艺污泥含磷量是普通A2O工艺的2倍多，前者为6%左右，而后者为3%左右，前者污泥密度高；A2O-BAF工艺面临的污泥上浮问题远不如普通A2O工艺严重，絮体更实，凝聚性更强。关键词：A2O-BAF工艺；A2O工艺；污泥沉降性；污泥膨胀；污泥含磷量中图分类号：X703.1文献标志码：A文章编号：1672−7207(2012)03−1198−06ComparativeanalysisofsludgesettleabilityofA2O-BAFprocessandA2OprocesstreatinghigherC/NratiodomesticsewageLIXin,PENGYong-zhen,WANGJian-hua,CHENYong-zhi(KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:A2Oprocessisaneffectivenitrogenandphosphorusremovalprocess.A2O-BAFprocessisanewnitrogenandphosphorusremovalprocessbasedonthetwosludgetheories.Separationofactivatedsludgeisoneofthedifficultproblemsencounteredintheactivatedsludgeprocess.Sludgebulkingisthemostdifficultproblem.Theexperimentputgreatemphasisonthesludgesettleabilityofthetwoprocesses,whentheyareusedtotreatthehigherC/Nratiodomesticsewage.Thetwosystemswereoperatedfor30dattheC/Nratioofabout7.1.TheexperimentresultshowsthatthesludgesettleabilityofA2O-BAFprocessisfarbetterthanA2Oprocess,theformeriswithouttheriskofsludgebulking,whilethelatterismoreserious.ThemainreasonsarethatA2O-BAFprocesshaslonganoxiczoneandshortoxiczone,soitcaninhibitsludgebulkingeffectively;phosphoruscontentinsludgeofA2O-BAFprocessistwicemorethanthatofA2Oprocess,theformer’sisabout6%,andthelatter’sisabout3%;thefloatingsludgeproblemoccurringintheA2O-BAFprocessisfarlessseriousthanA2Oprocessdoes,andtheflocismoredenseandmorecohesive.Keywords:A2O-BAFprocess;A2Oprocess;sludgesettleability;sludgebulking;phosphoruscontentinsludge我国大多数的城市生活污水都采用活性污泥法处理，活性污泥是污水活性污泥处理系统的反应工作主体，是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮状体颗粒[1]，而活性污泥的泥水分离问题是活性污泥法工艺中经常遇到的非常棘手的问题之一。污泥与处理水得分离是通过沉淀方式完成的，因此，活性污泥沉降性能的好坏将直接影响活性污泥处理工艺的运行稳定性及处理效果。收稿日期：2011−05−07；修回日期：2011−07−21基金项目：国家“十一五”重大科技专项项目(2008ZX07314-008-01)；北京市属高等学校人才强教计划高层次人才资助项目(PHR20090502)通信作者：彭永臻(1949−)，男，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，博士生导师，从事污水生物处理理论与应用研究；电话：[phone]；E-mail:[e-mail];[e-mail]第3期李欣，等：A2O-BAF与A2O工艺处理较高C/N比生活污水时的污泥沉降性对比分析1199引起污泥沉降问题的原因大概可概括为：污泥膨胀、泡沫和浮渣、污泥分散生长和污泥上浮，其中污泥膨胀是最棘手的问题[2]。造成污泥膨胀的原因可归纳为：废水中碳源含量多、可溶性有机物多、低温、低溶解氧、低负荷和冲击负荷突变等[3−4]。污泥含磷量增高，则污泥密度也会增加，所以，污泥含磷量也直接影响污泥的沉降性。Andreasen等[5]调查了丹麦100个去除营养物质的污水处理厂的污泥沉降性能，发现除磷的污水处理厂的沉降性能最好。有研究表明[5−6]：聚磷菌密度大，有利于污泥的沉降。在对污泥丝状膨胀研究后Wanner等[7]认为：012型菌和球衣菌在厌氧条件下几乎不能水解胞内聚磷颗粒从而难以获得能量，因此，生长会受到抑制[8]。对于菌胶团中的聚磷菌，它们可利用释磷产生的能量来摄取有机物并加以贮存[9]。在后续的好氧阶段，主体液相中基质浓度很低，丝状菌无法获得足够碳源基质，造成生长缓慢，而菌胶团中聚磷菌则可以通过分解胞内PHB来获得能量、进行生长繁殖，从而在系统占据优势。本文作者以实际生活污水为处理对象，考察A2O-BAF工艺在处理易引起污泥膨胀的较高C/N比生活污水时的沉降性是否优于普通A2O工艺，以便为解决运用活性污泥工艺的污水处理厂面临的棘手的泥水分离问题提供参考。1材料与方法1.1实验装置和运行参数A2O-BAF工艺流程见图1。包括进水水箱、A2O反应器、二沉池、中间水箱、曝气生物滤池和出水水箱。其中A2O反应器由9个格室构成，总有效容积为30.5L，厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比为2:5:2，二沉池有效容积为21L。A2O的进水流量是3.8L/h，硝化液回流比为300%，污泥回流比为70%，温度为18~22℃，DO控制在2mg/L左右。BAF的容积为15L，HRT为30min。系统进水量、硝化液回流量、污泥回流量均由蠕动泵控制，BAF的进水量由高压泵控制。BAF以陶粒为填料，形成了良好的生物膜。普通A2O工艺流程见图2，A2O反应器由9个格室构成，总有效容积为30.5L，厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比为2:3:4，二沉池有效容积为21L。进水流量是3.8L/h，硝化液回流比为300%，污泥回流比为70%，温度为18~22℃，DO控制在2mg/L左右。系统进水量、硝化液回流量和污泥回流量均由蠕动泵控制。1.2试验水质与步骤试验采用北京工业大学家属区排放的生活污水。原污水水质如表1所示。通过投加乙酸钠达到较高的C/N比，使COD在370~480mg/L左右变化，主要考察A2O-BAF与A2O这2种工艺处理我国相对较高C/N比生活污水时的污泥沉降性的不同。整个试验稳定运行大约30d。1.3检测项目及方法表2所示为分析项目与方法。污泥含磷量按照赵庆祥的方法[10]测定。1—进水箱；2—蠕动泵；3—A2O反应器；4—沉淀池；5—中间水箱；6—高压泵；7—BAF；8—出水箱；9—气泵；10—剩余污泥排放；11—污泥回流；12—硝化液回流图1A2O-BAF工艺流程图Fig.1SchematicdiagramofA2O-BAFsystem中南大学学报(自然科学版)第43卷12001—进水箱；2—蠕动泵；3—A2O反应器；4—气泵；5—沉淀池；6—出水箱；7—剩余污泥排放；8—污泥回流；9—硝化液回流图2普通A2O工艺流程图Fig.2SchematicdiagramofnormalA2Osystem表1实际生活污水水质Table1Qualityofactualdomesticwastewater项目ρ(COD)/(mg·L−1)ρ(4NH-N)/(mg·L−1)ρ(3NO-N)/(mg·L−1)ρ(TN)/(mg·L−1)ρ(TP)/(mg·L−1)范围180~25045.64~67.690.320~1.08053.0~72.03.34~9.57平均值20358.370.87064.75.46表2分析项目与方法Table2Analysesitemsandmethods分析项目分析方法分析项目分析方法CODcrCOD快速测定仪MLSS,SS质量法TP抗坏血酸−钼蓝分光光度法SV体积法3NO-N麝香草酚分光光度法温度,pH,DOWTW溶解氧测定仪2NO-NN-(1-萘基)-乙二胺光度法2结果与讨论2.12种工艺的污泥沉降性SVI能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对于生活污水及城市污水，此值以介于70~100为宜[11]。在上述水质条件下，稳定运行30d，2种工艺的SVI变化如图3所示。从图3可以看出：A2O-BAF工艺的SVI一直保持在80左右，而普通A2O工艺的SVI则达到了200，显著高于前者。2.2导致2种工艺沉降性差别的因素2.2.1丝状菌性膨胀丝状菌为好氧异养菌，A2O-BAF工艺相对普通A2O工艺好氧段短很多，供给丝状菌生长的DO不足，所以丝状菌生长慢很多。同时，A2O-BAF工艺形成的低氧小区域也少很多，一方面是因为其好氧段本身就短，另一方面是因为普通A2O的溶解氧多，那么回流污泥中的溶解氧也多，使前段难于保持理想的厌氧环境与缺氧环境，也形成了低氧环境。早在1967年，Wo[12]指出丝状菌与非丝状菌的竞争基于比表面积，丝状菌的比表面积大于非丝状菌，竞争氧气能力强[13]。第3期李欣，等：A2O-BAF与A2O工艺处理较高C/N比生活污水时的污泥沉降性对比分析1201低氧环境中丝状菌占优势，引起污泥膨胀。图4给出了2种工艺缺氧段出水COD的变化。从图4可以看出：A2O-BAF工艺缺氧段出水COD低于普通A2O工艺，有机负荷都很低(小于0.1kg/(kg·d))，丝状菌的亲和力强，低有机负荷有利于丝状菌占优势[3,13]。污水在A2O-BAF工艺中经过缺氧段后，剩余COD已经很少，而且此工艺好氧段很短，所以，丝状菌的优势占种不如普通A2O。控制污泥膨胀的缺氧选择理论[3−4,13−14]在A2O-BAF工艺中得到充分应用。通过镜检发现普通A2O工艺中的污泥有大量菌丝伸出污泥外，而且絮体松散，可推测普通A2O工艺出现较严重的丝状菌性膨胀；A2O-BAF工艺的污泥没有菌丝伸出污泥外面，且絮体较密实。2.2.2污泥含磷量图5给出了2种工艺污泥含磷量的变化。从图5可以看出：A2O-BAF工艺中的污泥含磷量差不多是普1—A2O-BAF工艺；2—普通A2O工艺图32种工艺SVI的变化Fig.3VariationsofSVI