第八講投料活性污泥法

第八講改良的活性污泥法

－投料活性污泥法1一、概述活性污泥法是當(dāng)前世界上應(yīng)用最廣泛的廢水處理工藝技術(shù)，具有處理能力強，出水水質(zhì)優(yōu)良等特點。但是多年來實踐證明，傳統(tǒng)的活性污泥法也有許多不足之處，除了基本建設(shè)費用高及能耗高的缺點外，在工藝技術(shù)上也有許多需要改進和革新之處：

2有機負荷還不夠高，一般僅1kgCOD/(m3·d)；池容大，占地面積大，基本建設(shè)費用高；曝氣池中生物量還是比較低的；耐沖擊負荷的能力（無論是進水水量或水質(zhì)的波動）較弱；易出現(xiàn)污泥膨脹，受其影響的廢水處理廠占20%～30%或更多；剩余污泥產(chǎn)生量大；能耗高，運行管理費也高；對廢水中的氮、磷去除能力低；運行管理也較復(fù)雜。3因此，旨在克服上述不足之處的科學(xué)研究大量開展，而投料活性污泥法是改革傳統(tǒng)活性污泥法以提高其凈化能力的措施之一，由于該方法簡易可行，既可施行于新建廢水處理廠，又極易推行于老的廢水處理廠的擴建和改造，故頗受同行們的青睞。概括起來，投料活性污泥法擬克服傳統(tǒng)活性污泥法的若干不足之處。4改進的方向使出水水質(zhì)更好，包括BOD5、SS及N、P的去除，要求活性污泥法凈化能力更強、更全面；使其運行更加穩(wěn)定、可靠，防止污泥膨脹或污泥上浮等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使運行操作更簡便可行；降低能耗，節(jié)省運行管理費用；降低污泥的產(chǎn)生量，改善污泥性質(zhì)，改善其脫水性能，簡化污泥的后續(xù)處理。5投料活性污泥法的解釋和所產(chǎn)生的影響所謂投料活性污泥法，顧名思義，即在傳統(tǒng)的活性污泥法系統(tǒng)中，投加某些物質(zhì)，它們可以對活性污泥產(chǎn)生以下種種顯著影響：投加的物料能改變系統(tǒng)內(nèi)生物相以及微生物的存在方式，例如投加載體介質(zhì)就能使原先的活性污泥系統(tǒng)內(nèi)不僅有懸浮的活性污泥存在，而且還附著生長型的微生物出現(xiàn)和存在，如是，使系統(tǒng)內(nèi)生物多樣性變得更加豐富。而原本常在活性污泥法系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)能導(dǎo)致污泥膨脹與流失的絲狀菌找到了可以附著、棲息的介質(zhì)（物料表面及孔隙），這樣既可克服其膨脹、流失的弊端又能充分利用其強大的凈化能力，改善系統(tǒng)的運行操作，提高出水水質(zhì)。改變基質(zhì)的分配與傳質(zhì)狀況，由于附著型與懸浮型生物系統(tǒng)的存在，基質(zhì)在不同型生物系統(tǒng)間進行不同的分配與傳質(zhì)反應(yīng)。增加了系統(tǒng)的生物固體總量。污泥齡延長，使污泥繁殖特性改變。系統(tǒng)綜合凈化能力得到提高。系統(tǒng)氧吸收速率降低，減少了供氧，降低了能耗。6投加填料的種類投加多孔懸浮載體，如聚氨酯泡沫塊。利用大量具有一定尺寸、孔隙率較大的多孔泡沫塊作為生物載體，用篩網(wǎng)將泡沫塊截留在曝氣池中。投加絮凝劑及助凝劑。又可分為無機化學(xué)絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑及微生物絮凝劑三種。其中使用較多的為三氯化鐵（FeCl3）、硫化鋁(Al2(SO4)3，次之為石灰（CaO）。近年來開發(fā)的微生物絮凝劑顯示了其獨特功能，與活性污泥系統(tǒng)組成具有特殊絮凝性能的活性污泥系統(tǒng)。投加各類小的固體介質(zhì)，諸如粉末活性炭（PAC）、陶粒、黏土、粉煤灰、焦炭等。

7注意一點的是在研發(fā)過程中，有的將填裝纖維填料或其他填料的如今名為“生物接觸氧化反應(yīng)池”的工藝也劃歸為投料活性污泥工藝，這是不恰當(dāng)?shù)?。因生物接觸氧化反應(yīng)池以生物膜（固著型微生物）作為生物凈化的主要機制，填料也是固置的，而投料活性污泥法以懸浮型活性污泥為生物凈化的主要機制，故兩者是有嚴(yán)格區(qū)別的，不能混淆。其次，好氧生物流化床雖也填裝有細小固體顆粒介質(zhì)，其本質(zhì)上仍屬于生物膜法，不能歸屬于投料活性污泥法。8二、多孔懸浮載體活性污泥法工藝原理向曝氣池中投加數(shù)量眾多的多孔泡沫塊（或球），使其在曝氣池體積約15%～50%，有的甚至達75%。這些多孔泡沫塊為曝氣池中的微生物提供了大量可供棲息的表面積，在較短時間里許多微生物就附著于其表面及孔隙中。有的泡沫塊的生物量可達100～150mg/塊，使池內(nèi)生物量大為增加。據(jù)資料介紹，附著于多孔塑料泡沫塊的生物量可達10～18g/L，最大達30g/L；呈懸浮狀的生物量達4～7g/L。由于泡沫塊僅占部分曝氣池的體積，故整個系統(tǒng)仍屬活性污泥法系統(tǒng)。由于系統(tǒng)內(nèi)總的生物量劇增，因此，改變了系統(tǒng)內(nèi)的微生物種類、存在方式及基質(zhì)的分配與傳質(zhì)方式，大大提高了耐受負荷的能力，提高了凈化效率，延長了污泥齡，完善了凈化過程，使出水水質(zhì)變得更好。9發(fā)展與分類從20世紀(jì)70年代末，先后開發(fā)了三種比較成熟的多孔懸浮載體系統(tǒng)。Captor工藝；Linpor工藝；多孔球形載體工藝。10Captor工藝該工藝由英國B.Atkinson等人（曼徹斯特科技研究所）于1979年開始研究，英國Simon-Hartley公司及美國Ashbrook-Simon-Hartley公司實行生產(chǎn)化。該工藝采用的載體為多孔泡沫塊，含孔隙尺寸850μm，向曝所池投加量約20000～70000個/m3，約占曝氣池體積的15%～75%，每個泡沫塊的生物量可達100～150mg，池內(nèi)附著型微生物濃度可達7～9g/L。運行過程中不斷將泡沫塊利用空氣提升至專用設(shè)備，用壓力滾筒擠壓泡沫塊，將過量污泥擠出并排出系統(tǒng)，故不必設(shè)二沉地池與污泥回流系統(tǒng)。試驗及應(yīng)用結(jié)果表明，Captor系統(tǒng)并不十分成功，出水中SS含量高，SS及BOD5去除率不高，一般不能達到預(yù)期出水水質(zhì)要求，除非后置砂濾裝置，方可以提高出水水質(zhì)。

11Linpor工藝

Linpor工藝是德國Linde公司的M.R.Morper（又說是A.G.Linde）研究開發(fā)出的活性污泥法改進工藝，它與Captor工藝有相似之處，采用多孔懸浮泡沫塊作為載體。該工藝按其不同功能可分為：Linpor工藝，又分為Linpor-C工藝、Linpor-C/N工藝和Linpor-N工藝；Lindox工藝（多段純氧曝氣生物反應(yīng)器工藝）；Laran工藝（厭氧固定床循環(huán)反應(yīng)器工藝）；Metex工藝（生物吸附法去除重金屬離子的處理工藝）。12Linpor工藝與Captor工藝的區(qū)別①系統(tǒng)中不設(shè)二沉池及污泥回流系統(tǒng)；②載體采用尺寸為12mm×12mm×12mm的多孔泡沫塊，利用池內(nèi)水流的紊動作用產(chǎn)生的水力剪切以及回流量來調(diào)控生物量，無泡沫擠壓裝置。13Linpor-C型工藝流程14

Linpor-C/N型工藝流程

15我國的多孔懸浮載體活性污泥工藝清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系曾于20世紀(jì)90年代研究多孔懸浮載體活性污泥工藝，采用聚氨酯泡沫載體，技術(shù)參數(shù)如下：密度20～30kg/m3，孔隙率90%，尺寸5mm×5mm×5mm，孔徑1～1.5mm，另一尺寸15mm×15mm×15mm，以資相比較。試驗時投加不同量的載體進行對比，考察總生物量及附著相生物濃度。除清華大學(xué)外，還有其它環(huán)保公司采用多孔塑料球，內(nèi)空填充塑料細條纏繞體，以增加附著相生物濃度。曾在小型廢水廠及舊廠改造時應(yīng)用。16工藝特點與運行特點國內(nèi)外的科學(xué)研究與生產(chǎn)實踐表明，多孔懸浮載體能使活性污泥法工藝性狀大大改善，具體表現(xiàn)于以下諸方面：⑴投加多孔懸浮載體可以提高活性污泥法反應(yīng)器內(nèi)的總生物量和附著相生物濃度，與此同時懸浮相生物濃度相對降低。Linpor工藝池內(nèi)生物量狀況是：附著于多孔懸浮載體的生物濃度高達10～18g/L，最大曾達30g/L，懸浮相生物濃度為4～7g/L，池內(nèi)總生物量大大增加，這樣改變了系統(tǒng)內(nèi)微生物的存在方式，附著型生長的微生物的大量出現(xiàn)，使生物相系統(tǒng)有著巨大變化。傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)較易孳生的絲狀菌可被載體吸附于其孔隙內(nèi)或表面，載體的孔隙及其表面的粗糙狀況決定了其對絲狀菌的捕獲能力。這樣，既能發(fā)揮絲狀菌的強大凈化能力，又能控制污泥膨脹及污泥上浮、流失給系統(tǒng)正常運行帶來的巨大危害。17⑵載體投加量與載體上的附著生物量有緊密關(guān)系。載體投加量越大，系統(tǒng)中附著生物量越高，但單個載體附著生物量則下降。⑶有機負荷對兩種生物相濃度影響頗大。有機負荷增高，系統(tǒng)內(nèi)總附著型生物量及單位載體上附著的生物量均增加，而懸浮相生物則相對減少。⑷改變了系統(tǒng)內(nèi)基質(zhì)的分配及傳質(zhì)狀況，附著型生物與懸浮型生物的傳質(zhì)與生物降解作用是有所不同的。⑸投加載體能防止活性污泥法系統(tǒng)的污泥沉降性能的惡化，反應(yīng)器的生物濃度及出水水質(zhì)不像傳統(tǒng)活性污泥法對二沉池工況那樣具有較大敏感性與依賴性。⑹系統(tǒng)內(nèi)懸浮型生物相的吸氧速率有所降低。⑺延長了系統(tǒng)內(nèi)微生物的滯留時間，即污泥齡得到延長，有助于硝化反應(yīng)及氨氮的去除率。18帶來的兩個關(guān)鍵的改進載體投加法的活性污泥系統(tǒng)的處理能力顯著提高，抗沖擊負荷（水量、水質(zhì)的波動）的能力也顯著提高。載體投加法不僅能應(yīng)用于新的廢水處理廠的建設(shè)，而且也適宜于老廢水處理廠的擴建改造，工程量小，投資省，卻能大大擴展處理能力。

19工程應(yīng)用實例多孔懸浮泡沫塊載體應(yīng)用于活性污泥系統(tǒng)，以Linpor工藝最為成熟，應(yīng)用甚廣；此外，芬蘭的Valmet公司也開發(fā)、應(yīng)用了此類技術(shù)，其填料的比表面積高達380m2/(m3填料）。填料由特殊塑料制成，使用壽命為20年，不需更換，不需反沖洗，具有明顯優(yōu)越性。在歐洲已建120多座采用該工藝技術(shù)的廢水處理廠。20Linpor工藝處理各類廢水的推廣應(yīng)用21三、投加混凝劑（或助凝劑）的活性污泥法工藝工藝原理向活性污泥系統(tǒng)中投加化學(xué)藥劑（無機混凝劑或高分子合成混凝劑），均能改變活性污泥的結(jié)構(gòu)，增大絮體密度，改善污泥沉降性能與脫水性能，提高二沉池固液分離條件，縮小二沉池容積及占地面積，提高污泥處理能力，抑制污泥膨脹及上浮的不良現(xiàn)象。同時，與廢水中磷酸鹽結(jié)合生成不溶性鹽，有利于磷從廢水中去除而進入污泥，并隨污泥外排，其作用機理如下：

由于廢水中含一定量堿度（一般為100～150mg/L），于是：因此，投加混凝劑是增強脫磷的重要對策之一。過程中生成的不溶性磷酸鹽隨Al（OH）3或Fe(OH)3絮凝體一起沉降去除。

22處理工藝混凝劑在活性污泥系統(tǒng)中投加的位置，對處理過程及處理效率有重要影響作用，見圖235種可能的投加位置⑴在初沉池出水，回流污泥流入之前；⑵在初沉池出水，回流污泥流入之后；⑶在初沉池出水流入曝氣池內(nèi)附近的地方；⑷在曝氣池流出口附近；⑸在曝氣池出水流入終沉池的明渠中?；炷齽┑姆N類與最適宜添加的位置有密切關(guān)系。一般來說，硫酸鋁的最適宜投加位置為曝氣池的流出口附近（4），而三氯化鐵則在初沉池流入曝氣池內(nèi)的附近地方（3）。這是因為硫酸鋁投入曝氣池入口附近，對磷的吸收較其他處更為有利。選擇合適的位置投加混凝劑，要考慮形成的絮體不致被破壞而使出水渾濁，同時合適的位置也能使混凝劑投藥量節(jié)省，而功效顯著。24混凝劑的種類與選用及投配量混凝劑的種類很多，一般分為無機化學(xué)藥劑及高分子有機合成絮凝劑。在投藥活性污泥系統(tǒng)中最常用的為硫酸鋁Al2(SO4)3及三氯化鐵(FeCl3)，次之則為石灰（CaO）等?；炷齽┩都恿繉Τ住⒏纳莆勰喑两敌院兔撍砸约盎钚晕勰喾ǖ奶幚硇视兄匾绊?。一般都應(yīng)經(jīng)過實驗室試驗（batchtest）來確定投加量，并經(jīng)生產(chǎn)實踐驗證。應(yīng)控制Al與P摩爾比≥2．0，F(xiàn)e與P摩爾比≥2．0。通常廢水中含1mgP需0.87mgAl3+離子，或1.8mgFe3+離子，1mgAl3+能生成2.9mgAl(0H)3或1.9mgFe(0H)3。這些數(shù)據(jù)可在計算時參考使用。25凈化效果與污泥特性日本學(xué)者曾對投加化學(xué)藥劑的活性污泥法做過系列試驗研究。試驗對象為生活污水，水質(zhì)為BOD5109mg/L，TP2.91mg/L,透明度10.6CM。曝氣池BOD5負荷為0.21kgBOD5/(kgMLSS·d)時，不投加絮凝劑，出水BOD510.3mg/L,TP2.06mg/L，透明度79cm。投加Al100mg/L時，TP降至0.06mg/L；投加Fe100mg/L，TP0.01mg/L,透明度27cm;投加Al50mg/L，出水TP0.25mg/L，而透明度大于100cm。由此可見，投加不同混凝劑及投配量，對TP的去除以鐵鹽為最佳，但出水澄清則以鋁鹽為最佳，而且并不是投加量越大出水就越澄清。投加混凝劑的活性污泥法出水BOD5并不比對照組（不投加藥劑）的好。26清華大學(xué)環(huán)境系也曾對投加混凝劑對污染物的去除做過實驗室試驗，采用的藥劑有鈣鹽（CaO）及鐵鹽(FeCl3)。投藥法與不投藥法相比，COD去除率略有提高，HRT略可縮短（1．1～1．9h），耐沖擊負荷能力有所提高。而且，由于FePO4和Ca10(PO4)6(OH)2等沉淀晶體的存在，在曝氣池內(nèi)出現(xiàn)了懸浮顆粒中附著型生物的生長，使凈化能力及系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高。27投藥法活性污泥工藝，對系統(tǒng)活性污泥生物的種類與數(shù)量均有明顯影響。據(jù)日本研究，活性污泥生物總數(shù)：鋁鹽法（50mg/L）為801種；鋁鹽法（100mg/L）為468種，鐵鹽法（50mg/L）為154種，鐵鹽法（100mg/L）為613種；不投加藥劑的活性污泥生物總數(shù)為2567種。由此可見，投加藥劑對活性污泥生物數(shù)具有削減作用，其中鐵鹽（50mg/