一、前言
目前，AB法在歐洲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，到1987年止，已經(jīng)有22家AB法污水處理廠投產(chǎn)，21家在建設(shè)和規(guī)劃中。近年來，國內(nèi)有關(guān)單位也對AB法進(jìn)行了研究，并取得了一些成果，實(shí)踐證明該工藝是近代污水處理技術(shù)中的一項新發(fā)展。AB工藝由A級曝氣池、中間沉淀池、B級曝氣池和最終沉淀池組成。AB工藝的主要特征是:
1.A級污泥負(fù)荷很高，B級污泥負(fù)荷較低。
2.A級和B級的微生物群體特性明顯不同，并通過互不相關(guān)的兩套回流系統(tǒng)嚴(yán)格分開。
3.不設(shè)一沉池，使A級成為一個開放性的生物動力學(xué)系統(tǒng)。
4.A級可以根據(jù)污水組分的不同實(shí)行好氧或缺氧運(yùn)行。
二、AB工藝的運(yùn)行機(jī)理
1.A級對BOD、COD和SS的去除
實(shí)際上AB工藝是由城市排水管網(wǎng)和污水處理廠構(gòu)成的處理系統(tǒng)。城市居民連續(xù)不斷地排泄細(xì)菌，其中約5-10%的細(xì)菌能在好氧/兼性厭氧條件下存活和增殖。在排水管網(wǎng)中發(fā)生細(xì)菌的增殖、適應(yīng)和選擇等生物學(xué)過程，使原污水中出現(xiàn)生命力旺盛、能適應(yīng)原污水環(huán)境的微生物群落。因此，城市污水實(shí)質(zhì)上是污染物和微生物群體的共存體。在AB工藝的A級中充分利用了原污水中存在的生物動力學(xué)潛力。泰安市污水處理試驗(yàn)中觀測到的現(xiàn)象表明，A級對BOD和COD的去除不是以細(xì)菌的快速增殖降解作用為主，而是以細(xì)菌的絮凝吸附作用為主。靜態(tài)試驗(yàn)表明原污水中存在大量已適應(yīng)原污水的微生物，這些微生物具有自發(fā)絮凝性。當(dāng)它們進(jìn)入A級曝氣池后，在A級內(nèi)原有菌膠團(tuán)的誘導(dǎo)促進(jìn)下很快絮凝在一起，絮凝物結(jié)構(gòu)與菌膠團(tuán)類似，絮凝的同時絮凝物與原有的菌膠團(tuán)結(jié)合在一起，成為A級污泥的組成部分，并具有較強(qiáng)的吸附能力和極好的沉降性能。被絮凝的微生物量與A級污泥濃度有關(guān)，污泥濃度低于1g/L時，絮凝效果差。與絮凝吸附發(fā)生的同時，微生物出現(xiàn)程度有限的增殖，這種增殖可能與A級污泥的促絮凝作用(或物質(zhì))的產(chǎn)生有關(guān)。根據(jù)泰安市污水處理試驗(yàn)，進(jìn)水中以SS形式表達(dá)的微生物量按150mg/L計，A級出水微生物量為70mg/L。那么A級中由進(jìn)水微生物形成的污泥濃度Xi可按下式計算:
Xi=Q△SQ c /V
式中:Q——進(jìn)水流量；
Q c ——A級的泥齡；
△S——A級截留的微生物量；
V——A級曝氣池體積。
將各項數(shù)據(jù)代入上式:
Xi=4L/h×80mg/L×10h/2L =1600mg/L。
A級的實(shí)際污泥濃度為2000mg/L，也就是說A級污泥中進(jìn)水微生物占80%左右，僅20%左右由增殖作用產(chǎn)生。因此，A級中絮凝去除占A級BOD去除的65%左右，吸附和增殖導(dǎo)致的去除約占35%。增殖作用去除的BOD基本上是溶解性BOD。
2.A級對難降解物質(zhì)的去除
當(dāng)進(jìn)水是城市生活污水與工業(yè)廢水的混合水或只是工業(yè)廢水時，污水中往往含有許多難降解物質(zhì)，比如多環(huán)芳香族的化合物、鹵代烴。若完全用好氧方法處理，不僅消耗大量氧氣，而且BOD去除往往達(dá)不到所要求的指標(biāo)。當(dāng)進(jìn)水中難降解物質(zhì)含量高時，A級實(shí)行缺氧運(yùn)行，在這種情況下，A級中的一部分微生物能通過厭氧消化和不完全氧化等方式把BOD 5 檢測不出、COD可以檢測出的難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成BOD 5 易檢出的易降解有機(jī)物，這種轉(zhuǎn)化在好氧條件下往往難以實(shí)現(xiàn)。
3.A級的抗沖擊負(fù)荷能力
A級中的微生物群體對有機(jī)污染物和毒物的沖擊負(fù)荷有顯著的緩沖能力，沖擊負(fù)荷停止后A級能很快地恢復(fù)正常，因此A級的存在使進(jìn)水水質(zhì)的變化、污染物和有毒物質(zhì)的沖擊負(fù)荷不影響后續(xù)工藝的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
A級的抗沖擊負(fù)荷能力除了與吸附作用有關(guān)外，還與下面兩種生物學(xué)過程密切相關(guān)。
(1)微生物突變
活性污泥中的任何細(xì)菌群體都能以各種各樣的方式對環(huán)境變化作出反應(yīng)。新環(huán)境形成的初期，不適應(yīng)新環(huán)境的細(xì)菌死亡，隨后從系統(tǒng)中消失。與此同時，新環(huán)境為其它細(xì)菌的優(yōu)勢增殖提供了有利條件。適應(yīng)性細(xì)菌的重要來源是突變，致突變物質(zhì)能導(dǎo)致突變，即遺傳物質(zhì)發(fā)生變化。這些突變中僅千分之一是能存活的正突變，其余都是致死突變�？紤]到A級內(nèi)活性污泥中細(xì)菌數(shù)量很高，在每一人口當(dāng)量中每日出現(xiàn)7.5×10 5 個正突變是可能的。除X射線和Y射線外，亞硝酸鹽等化學(xué)物質(zhì)也是誘變物質(zhì)。污水中普遍存在的酸、堿和有毒物質(zhì)的長期影響也能誘發(fā)突變。突變?yōu)榛钚晕勰噙m應(yīng)新環(huán)境、降解難降解物質(zhì)提供了生物遺傳學(xué)基礎(chǔ)。而A級污泥對毒物的抗性則來源于:
(2)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移
在醫(yī)療方面，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移往往造成抗藥性基因的迅速傳播，從而造成醫(yī)療困難，AB工藝中的A級環(huán)境特別有利于質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒是環(huán)形的DNA分子，它們不受染色體支配，能侵入菌體并利用菌體的復(fù)制系統(tǒng)自我復(fù)制增殖。質(zhì)粒普遍攜帶抗性基因，有的質(zhì)粒還攜帶一般細(xì)菌不具備的特殊基因，如降解PCB的基因。眾多的質(zhì)粒構(gòu)成了細(xì)菌的抗性基因庫和降解特殊有機(jī)物的基因庫。在選擇性工藝環(huán)境中(如沖擊負(fù)荷)，質(zhì)粒的抗毒性基因和降解特殊物質(zhì)基因賦予細(xì)菌明顯的優(yōu)勢。在正常的細(xì)胞分裂中，質(zhì)粒能傳給子細(xì)胞。質(zhì)粒還能通過接合作用以攜質(zhì)粒細(xì)菌轉(zhuǎn)移到無質(zhì)粒細(xì)菌內(nèi)，接合過程不受細(xì)菌種屬和質(zhì)粒來源的限制，A級中高密度懸浮細(xì)菌的存在對接合有利。在A級中占優(yōu)勢地位的腸道細(xì)菌的接合過程需花費(fèi)1.5-2.0h。假設(shè)A級泥齡為8h，那么在A級微生物中至少能發(fā)生4次接合，在此期間約10%的細(xì)菌受到質(zhì)粒侵入。質(zhì)粒在活性污泥中的傳播，提高了活性污泥對環(huán)境變化、特別是化學(xué)變化的抗性。對污水處理廠(特別是工業(yè)廢水處理廠)來說，處理效果和工藝穩(wěn)定性的好壞與質(zhì)粒的存在與否密切相關(guān)。
4.AB工藝與氮、磷去除
由于水體富營養(yǎng)化和水資源短缺問題日益嚴(yán)重；許多污水必須經(jīng)過除磷脫氮處理，然后排入水體或回用。如果用其它工藝取代AB工藝的B級，可以使AB工藝具有深度處理效果。
(1)具有脫氮功能的AB工藝
在這類工藝中，B級由好氧工藝變成前置反硝化工藝(例如缺氧/好氧工藝)。
A級對氮和有機(jī)物的去除比常規(guī)機(jī)械處理高許多倍，明顯改善了B級的硝化條件，使B級污泥中硝化菌比例明顯提高，硝化速率隨之大幅度提高，曝氣區(qū)體積可以相應(yīng)降低。對反硝化來說，可以通過改變A級的污泥負(fù)荷和運(yùn)行方式調(diào)節(jié)A級的去除率，使反硝化所需的BOD 5 /TN比值(3左右)得到最優(yōu)調(diào)節(jié)。試驗(yàn)結(jié)果表明B級污泥中，反硝化菌比例比常規(guī)生物脫氮系統(tǒng)的污泥高，反硝化率高2~3倍，例如，ARAkrefeld污水處理廠的B級污泥在無外加碳源的情況下反硝化速率為6.3mgNO 3 -N/gMLSS·h。由于具脫氮功能的AB工藝硝化和反硝化速率高，工藝總體積比常規(guī)生物脫氮工藝節(jié)省20%左右。
(2)具有除磷功能的AB工藝
由于污泥含磷量較高，排泥量大，A級能去除進(jìn)水總磷的20~50%。如果把B級換成厭氧/好氧(A/O)除磷工藝，工藝終沉出水的磷濃度將很低(0.5mg/L以下)。也可以在B級中增設(shè)化學(xué)法除磷。前者的投資費(fèi)用比普通活性污泥法低10%左右，后者則高5~20%。前者的運(yùn)行費(fèi)用比普通活性污泥法低10~20%，后者則高10%以上。
(3)AB工藝與生物除磷脫氮工藝的結(jié)合
泰安市污水處理廠將采用這類工藝，工藝流程由A級加生物除磷脫氮工藝(如A/A/C改良工藝)構(gòu)成。對原污水水質(zhì)波動大，BOD 5 和BOD 5 /TN比值高的污水來說，這類工藝不但能保證處理效果達(dá)到要求，而且工藝穩(wěn)定性高、節(jié)能效果明顯。
三、AB工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及其在我國應(yīng)用的可能性
試驗(yàn)和生產(chǎn)性實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)A級能去除40~50%，甚至70%的BOD 5 和10-30%的總氮，使工藝過程耗氧量減少30-40%，總運(yùn)行費(fèi)用下降20%左右，基建投資降低15-20%，處理效果優(yōu)于常規(guī)工藝，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
具有高級處理功能的AB工藝與其它高級處理工藝相比，有節(jié)能、工藝穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。A級的設(shè)置為后續(xù)工藝提供了強(qiáng)有力的保護(hù)和支持。泰它市污水處理試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)BOD 5 /TN和BOD 5 值偏高時，其生物除磷脫氮功能的AB工藝與單純生物除磷脫氮工藝相比，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用下降20%左右，BOD、COD、SS、TN和TP的去除率分別高于96%、90%、95%、80%和96%。進(jìn)水BOD 5 /TN比值偏低時，為了避免碳能源不足，原污水可直接進(jìn)入生物除磷脫氮工藝，保證出水水質(zhì)達(dá)到要求。
由于A級污泥主要由進(jìn)水補(bǔ)充和接種，并且泥齡很短，因此A級污泥不需要培養(yǎng)和馴化過程，A級的停與轉(zhuǎn)，可以隨時進(jìn)行并很快進(jìn)入正常狀態(tài)，不影響處理效果。管理上不存在困難。
A級節(jié)能的另一方面是A級污泥產(chǎn)率高、污泥有機(jī)物含量高達(dá)65%以上，產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量也必然增加。沼氣用于發(fā)電和供熱能使污水處理廠的能源得到部分自給。
1.超負(fù)荷污水處理廠的改造
我國污水處理廠的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際需要。處理廠往往超負(fù)荷運(yùn)行，造成一系列問題。如果把它們改成AB工藝就能較大幅度提高污水處理廠的處理能力。德國和奧地利的生產(chǎn)性實(shí)踐已經(jīng)證明此法行之有效，改造投資極小，經(jīng)濟(jì)效益顯著。只要把原沉砂池硝加改動，成為A級曝氣池，初沉池作為中間沉淀池，再裝一套回流系統(tǒng)即可。
2.AB工藝與新廠建設(shè)
目前，我國建設(shè)大型污水處理廠，往往因資金嚴(yán)重不足，而必須分期進(jìn)行，下面是一個較理想的分期實(shí)施方案:
第一期:機(jī)械處理(一級)
第二期:具有半生物效應(yīng)的機(jī)械處理，即AB工藝的A級(一級半)
第三期:二級處理和部分硝化(AB工藝)
第四期:高級生物處理(高級AB工藝)
在該實(shí)施方案中，先建高速率的A級處理特別適合我國國情，因它能緩和建設(shè)資金嚴(yán)重不足問題，并能使大量污水得到處理。這是因?yàn)锳級去除率雖然只有60%左右，但處理單位BOD 5 的費(fèi)用很低，低于普通活性污泥法的一半，基建投資也低于普通活性污泥法的一半。待資金充足時，很容易續(xù)建B級。
3.AB工藝的設(shè)計要點(diǎn)
A級正常運(yùn)行的必要條件是原污水中必須有足夠的已經(jīng)適應(yīng)該污水的微生物。在城市污水中，這些微生物基本上來自人類排泄物。由于A級的去除效率高低與進(jìn)水微生物量直接相關(guān)，因此A級之前不宜設(shè)置初沉池。在工業(yè)廢水和某些城市污水中，已經(jīng)適應(yīng)污水環(huán)境的微生物濃度很低或微生物絮凝性很差，A級效率明顯下降。對這類污水來說，不宜采用AB工藝。
為了充分利用絮凝性和吸附效應(yīng)，保證A級高效運(yùn)行，A級停留時間最好控制在25~30 分鐘，停留時間增加反而不利。A級的最佳污泥負(fù)荷是3-4kgBOD 5 /kgNLSS·d。污泥濃度過低或過高對A級運(yùn)行均不利，控制在2-2.5g/L效果較佳。泥齡的控制取決于污水特性和A級的污泥濃度，在A級中污泥濃度基本上與泥齡成正比關(guān)系，最佳泥齡控制應(yīng)通過試驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐求得。
A級污泥沉降性能極佳，SVI值低于50，因此中間沉淀池水力停留時間，可控制在1.5h以內(nèi)，污泥回流比控制在70%以內(nèi)。
B級的設(shè)計與常規(guī)方法相同，必須注意的是，設(shè)計B級時，進(jìn)水水質(zhì)應(yīng)采用A級出水水質(zhì)；設(shè)計高級AB工藝時，應(yīng)保證B級進(jìn)水的BOD 5 /TN比值≥3。對BOD 5 /TN在3左右的污水來說，設(shè)置A級對生物除磷脫氮不利，不宜采用高級AB工藝(物理或化學(xué)法除磷除氮例外)。
在國內(nèi)，污泥處置是一個令人頭痛的問題。由于AB工藝產(chǎn)泥量大，合理解決污泥處置問題，有助于AB工藝的推廣應(yīng)用。也就是說污泥問題是AB工藝推廣應(yīng)用的主要障礙。
四、結(jié)語
AB工藝在國外已經(jīng)有較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但我國的污水特性和水質(zhì)環(huán)境與國外明顯不同，既使在國內(nèi)，各地的情況也相差較大，因此有必要深入研究AB工藝，開發(fā)出適合不同污水水質(zhì)和不同處理要求的AB工藝和設(shè)計參數(shù)，使這種高效低能耗、建廠投資小的污水處理方法在我國的污水處理事業(yè)中充分發(fā)揮作用。同時可以參照中國污水處理工程網(wǎng)其他技術(shù)文檔。
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