带状污泥在城市污水中重现的可行性研究张崇华1

带状污泥在城市污水中重现的可行性研究张崇华张天成施汉昌张庆杰(清华大学环境工程系)(北京市政工程研究所)摘“要带状污泥是一种在废水处理中具有实用意义的微生物聚集体。它在清华大学环境工程实验室的实验研究过程中被首次发现和命名。带状污泥的基本特.点是由以丝状菌为主的微生物凝聚而成,当在水中呈悬浮状时,其长度可达数厘米。带状污泥含水率低于普通活性污泥絮体的含水率,并具有良好的沉淀性能。由于对带状污泥的实验室研究是用葡萄糖配水进行的,为了研究其在城市污水处理中的应用前景,我们在北京高碑店污水处理厂用城市污水进行了带状污泥重现的可行性研究。实验表明带状污泥在城市污水处理中是完全可以产生的,并对高有机负荷和高水力负荷条件下运行具有良好的适应能力。本文介绍了带状污泥的形成条件,水力负荷对有机物去除率的影响,水中溶解氧的影响和带状污泥的沉淀特性试验。一、前言带状污泥是在清华大学环境工程系的实验室里发现的一种新的可以利用的微生物聚集体川。其基本特征是:以丝状菌为主体组成大块或条带状的活性污泥,在水平自由漂浮时,长度可达5一7cm。由于带状污泥具有含水率低,沉降速度快,不产生污泥膨胀的优点,从而使得对它的研究具有十分重要的意义。考虑到带状污泥是在实验室里以葡萄糖为基质培养出来的.我们在北京高碑店污水厂,用城市污水为进水基质进行了带状污泥的再现性研究。本文即是关于这一研究的情况总结。二、试验工艺及方法(一)现场试验的水质条件采用北京高碑店污水处理厂的初沉池出水作为本试验的进水。其平均水质指标如表l所不。试验原水平均水质指标CO以(mg/L、BODsmg/L)总!司体mg/L)悬浮固体(mg/L)146{12《)贬)122(}PH了。污表1.甲一一{水温+二竺-(l弓(二)试验工艺流程及设备采用实验室的原套设备。其工艺流程如图出水88888汗汗汗汗汗………………….............77777lll·III图1试验装,示意图l—4—8—高位水箱;2—转子流量计:3一`接触氧化池:曝气管:5—纤维填料;6—隔栅:了—曝气池;空压机。(三)试验方法试验从两方面进行:()I考察带状污泥是否形成,其影响因素如何?(2)考察形成的带状污泥的一些基本特性。试验所检测的项目:C00(,、BOD;、总固体、悬浮固体、MLSS及MLvSS、温度、pH。试验采样每隔Zh一次,24h的棍合水样由该厂化验室按标准方法〔““配合化验。溶解氧用溶解氧仪随时检测。三、试验结果及分析卜一,带状污泥的再现1.再现:城市污水在以下方面不同于实验室的葡萄糖合成废水,`(1)BOD:不高,本试验的进水BOO:值一般在90一180mgL之间;(2)可生化性比葡萄糖合成废水差:、3)成份复杂。一个闰以拟汁的困难是为了保持纤维填料池的高负荷必须提高进水水力负荷,这样,大大地提高一了水力冲刷作用.加上水质的差别使我们担心带状污泥的再现。试验结果表明,在一定条件下,带状污泥完全可以再现。下面的一组照片表明了城市污水培养出的带状污泥的情沉、从外观看,城市污水培养的带状污泥更大、更密实,且颜色呈灰黑色,而不是黄色。照片3可被玻璃棒挑起的带状污泥曝照片4带状污泥的自由形态照片1纤维填料上的生物膜照片2纤维填抖周边上的生物膜2.带状污泥形成的影响因素:在诸多的影响因素之中,本文着重讨论如下因素〔以、有机负荷;尔九负荷)的影响,进行了如下三方面的试验:1)将负荷从低逐步提高(其它条件不变),以观察带状污泥出现的情况;2)在一定的水力负荷下考察形成的带状污泥的稳定性:3)形成带状污泥后,把负荷逐步降下来观察带状污泥有何变化。现将试验结果分述如下。i将负荷逐步提高,带状污泥由小到大逐步稳定出现。试验结果如表2所示。一般说来,对城市污水而言,如有机负荷小于lokgCOD/M3·d,或3kgCOD/nr,·d,则带状污泥不易形成,即便形成,长度也仅在1一2em左右。如果有机负荷大于skgBOos·m3.d,则可以形成带状污泥。这是因为填料池中生物不同负荷下纤维填料池和曝气池中微生物生长情况·纤纤维维填料池池曝气池池稳定运运一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一行时间间运运行条件件基本情况况澎了条件件基本情况况(d)))水水量(L/h):6()))塌弩霞覆产垫瓷震美见滓严蛋柔赘赘平均负荷(kg/m’·d)))大部分污泥钧宽小于[cm.形形1555平平均负荷(kg/m’·d):::不到明显的活性污泥。。BODS:O。8222成黄豆天不的兼积体,偶尔有有有BBBOD,2.77、COD。,:7.477777COD:2.53331一2cm长的泥。。。水水量(L/h),8()))。霹篷泛奎孽誊藻资镌攀薰赓睿馨馨平均负荷(kg/m,·d)))势髓铲曝毓聋振矗矗l444平平均负荷(kg/m,·d):::取出流液,其中污龙吞落为.()为~111BODS1.7444毖橇儡磁揣耀黔少···BBBOD,:3.7444(cm的有3皿5条,其笨为。.scmmmCOD。:5.72222222CCCOcDr:10.8222】以下的生物腆·····水水量(L/h):10777生物膜长得很长,超出纤维球___平均负荷(kg/m,.d)}}}带状污泥已经形成。长度超过过1555平平均负菏(kg/m’·d):::径2一3cm。出水中1、2口口BODS:143335cm以上的很多。每攻可用用用BBBOD,:5。222长的带状污泥较多。在5(jmL出;;;CODf,:5.3666玻璃棒挑起3~5根带状污泥。。。CCCOD。r;14.4777中约有苏~10条长度为2om以以以曝气池中的碎泥很久-----的的的生物膜。。。。。{{{{{{{{{{{{{膜的生长状况,直接影响曝气池中带状污泥的形成。当BOD。负荷大于skg/m“·d时,填料上的生物膜生长迅速,其长度超出纤维球上纤维长度的l一Zcm或更多。在一定的水力冲刷和气体搅拌作用下,这些周边上的生物膜不断脱落。观察表明,脱落下来的生物膜本身就长达2一3cm。当它们进入曝气池后,经少量曝气及缓慢搅拌作用后,微生物一方面进一步利用吸附于其上的有机养份,一方面借助絮凝作月吸附或网捕小的菌胶团,最终发育成长为长达5~7cm左右的带状污泥。2.一旦带状污泥形成后,只要条件不变,可以稳定存在,这一结果如图2所示。3.形成稳定的带状污泥后,如把水力负荷逐步降下(有机负荷的平均值当然也降下了),只要时间长到足以改变填料池的生物膜日日日日日日日}」」ǎ日。à翅平刃徐回解一葵牟图2!平均长度下界值.曰门....门曰`.`.`..曰一口..,j巨....24681012141618运行时间(d)稳定状态下伟状污泥乎均长度随时间的变化的状态,则曝气池的带状污泥又逐步减小减少。试验结果如图3所示,由图3知,当水量从100Lh/,减至80Lh/后,仅五天时间,带状污泥的长度就从平均4一6cm降至1一cZm,并在今后稳定于此数值上。当水量从80Lh/降至60Lh/,带状污泥进一步变小。试验获得的MLSs和30分1;平均有机负荷:14kgCODer/mJ·d水量:10。L/hl}:平均有机负荷:8.47kgCoDer/mJ,d水量:8{)L/h111:平均有机负荷5.4kgC0ncr/mJ·d水量:60L/h带状污泥平均长度上界值带状污泥平均长度平均值带状污泥平均长度下界值}’卜I十一一一一246卜一尸m—片了ō匕-a吐Jn八0ó,.ǎ任。à划事斗卿曰史莽架选一1!一-一鱼10121416-.一一一.户门1820222」2628图3带状污泥平均长度随有机负荷变化的情况一23一钟沉降比数据表明,系统的有机负荷下降(通过调节进水水量处降低负荷),则曝气池中的带状污泥量本身在减少。以上三个试验说明,有机负荷(水力负荷)对带状污泥的形成是至关重要的。(2)溶解氧及气体搅拌作用试验表明,当曝气池溶解氧在l一6mg/L范围内,带状污泥的形成与溶解氧无关,沉降性能差别不明显。即溶解氧不是带状污泥形成的制约因素。试验还表明,气体的搅拌作用有助于形成微生物聚集体,当曝气池内污泥浓度较低时尤其如此。(3)温度的影响当进水温度低于15℃后,微生物的活动受到明显的影响。当水温为13℃时,BODS负荷为skgz尸nr3·d,即对应进水水量为100Lh/时,填料池中生物膜不可能长到伸出纤维球纤维长度外l一cZm的程度。这时要形成带状污泥就必须提高BOD。负荷至10kg厂mJ·d。当然,这种情况下出水效果不易保证。综上所述可知,a.采用纤维填料池为第一级、完全混合式曝气池为第二级:b.在适当的水温条件下(水温不低于15℃);c.让第一级在高负荷下运行,形成连续性的生物膜脱落:d.脱落的生物膜进入第二级曝气池,`且在一定的曝气强度下运行,e.稳定运行,即可形成带状污泥。(二)带状污泥的基本特性1.沉降特性带状污泥的沉降特性与普通活性污泥不同。它既不象离散颗粒那样在沉淀过程中保持其原始大小形状基本不变,彼此不发生粘结现象,也不象絮凝颗粒那样,由于不断结成新的粒度较大,沉淀速度较快的颗粒,从而原始颗粒不复存在了。带状污泥的沉降特性不能用通常的离散颗粒和絮凝颗粒的沉淀试验来概括。一般说来,生长良好的带状污泥,用10。。mL量筒取样后做静置沉淀试验,可观察到如下现象:大的带状污泥(长为3一c7m)将卷裹着细小的活性污泥,在1分钟之内沉到筒底,稍小一些的带状污泥(0.5一3cm),也在3min之内沉到泥面。整个沉淀过程见不到明显的浑液面。试验还表明,带状污泥smi,飞沉降比与30min沉降比相差极小,故它在5min内完成沉降过程。由于带状污泥沉降性能上的特殊性,我们进行了清水中单个带状污泥沉降的试验。、其方法如下:用烧杯取出带状污泥悬液,用玻璃棒挑出每根带状污泥,在滤纸上测量其长,宽后,放入Zm高的清水柱内,观察其沉降速度,其结果如表3所示。单个带状污泥的沉降速度一般在lm`min。2.含水特性试验测定了纤维填料上生物膜的含水率,其方法是:取出一串维纤填料(上含8个球),让明水滴干(滴5min),剪一「每个纤维球,称重,然后,置于烤箱中在60C下烘至值重,称重,计算得生物膜的含水率为92.5%(不包括纤维球外延的粘液层)。用玻璃棒挑出带状污泥,测得含水率为96.5牛。。可见,无论是纤维上生长的生物膜,还是带状污泥本身,其含水率都很低,这种带状污泥若进入污泥处置工段,可能比传统活性污泥有优越性。3.机械强度带状污泥具有很好的机械强度。在试验过程中,采用穿孔管大气泡曝气,气水比高达20二1,曝气4h后,观察不到明显的带状污泥解体现象。从曝气池取出一小烧杯带状污泥悬浮液,经h2磁力搅拌,也无明显破碎现象。为此,我们在工艺流程中加了一个隔栅,可将纤维填料池出水中的稍长一些的生物膜(如1一Zcm以上)隔住,其结果可以用于控制泥龄。这样做的一个好处是隔住的污泥不必进入曝气池,从而节省了稳定这部分泥所需的能量。4.生物相特性带状污泥生物相的最大特点是,以丝状菌为骨架,菌胶团及lb1着型纤毛虫缠绕其上(见照片5)。纤维填料的生物膜与带状污泥的生物相有一定的差别。一般纤维填料上的生物膜里丝状菌更为发达.但其束状性较差。钟虫、累枝虫、线虫较少且较小,而带状污泥内的丝状菌成良好束状。钟虫、累枝虫较多。这些均和实验室得到的带状尽尼的生物相特性相似。清水中单个带状污泥沉降试验’表3长长度(em)))宽度(em)))沉降时间(s)))速度(m/min)))长度(cm)))宽度(cm)))沉降时间(s)))速度(m`min)))333。0001。0~0。222118。09991。02223。000O。7~0。555132。95550。洲洲333。2220。6~0。333104。1888l。15552。444O。5~0。222137。25550。87,,333。0000。3~0。222114。28881.05551。5550。5~0。333130。62220。9222444。0000。8~0。lll117。7888