微生物在AO工艺中的应用研究样本.docx

1、微生物在AO工艺中的应用研究样本”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 改进水环境 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

2、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, 不但以最经济、 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,

3、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。 .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。 .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。 .取含固率30%的该厂初沉池污泥脱水泥饼, 如中同样操作使固体浓度均达1,000ppm。 .取宁波市造纸厂的活性污泥和其脱水泥饼若干, 如中同样操作, 使固体浓度均达1,0

4、00ppm。 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,而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; 3.4,000p

5、pm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(Pleuromonas Jaculans)、 屋滴

6、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1.8

7、mg/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2.8

8、mg/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2.5 g/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, 000 ppm接种者中, 随着有机物的逐渐氧化分解, DO趋充分, 又因其中原有机物和微生物量都较4, 000ppm中者充分, 随着有机物的大

9、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 的值 表1.1 项 目BOD5(mg/l)COD(mg/l)MLSS(g/l)SV30 (%)培养时间(d) 1, 000 ppm杭州啤酒厂活性污泥泥饼20.558.22.32021 500 ppm杭州啤酒厂活性污泥泥饼31.161.32.518

10、29 四堡污水处理厂初沉池出水33.463.12.41940 4, 000 ppm四堡污水处理厂初沉池污泥25.059.22.52214 8, 000 ppm四堡污水处理厂初沉池污泥22.557.92.52314 1, 000 ppm四堡污水处理厂初沉池污泥泥饼334.262.82.42126 1, 000 ppm宁波造纸厂活性污泥泥饼35.664.72.21918 1, 000 ppm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, 000p

11、pm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BOD 5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

12、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1.4.1 BOD5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1.4.2 BOD5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

13、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

14、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BOD530时, 钟虫数量一般50个/ml), 并伴有少量固着型或匍匐型的其它微型动物, 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。

15、 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

16、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, SV30 达20%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2237

17、范围内, 总的看来, 在2235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,

18、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。取一容积501、 高度500mm的塑料圆桶, 另将一流量3m3的潜水泵置于其中, 将此塑料圆筒悬于曝气池内。(防止以此泵抽上清液时池底的活性污泥随上清

19、液被抽出。)然后开启此泵抽出约1/3上清液。入同量污水后恢复曝气, 其后换水方式相同。于5月1日5月9日每日换水一次, 量约为1/2。5月10日起每日换水二次, 量约为1/2。 4)在1999年5月25日7月30日期间, 采取连续换水培养方式。即调节进水泵流量至1m3h, 并开启A池搅拌机, 保持O池曝气, 使污水经前池相继进入A池和O池, 与活性污泥混合; 混合液从O池溢流入二沉池, 经沉淀后出水溢流入积水池, 间歇以潜水泵抽入该厂初沉池的集水井; 沉淀下的活性污泥每日二次放入集泥井内, 并以潜水泵抽回A池。 5)对混合液样, 每日测一次SV30 , 并以硫酸铜氨基磺酸絮凝修正法则DO。在间

20、歇换水培养阶段中, 每日测一次上清液的BOD5、 COD和SS。在连续换水培养阶段中, 每日测一次出水的BOD5、 COC和SS; 并从6月21日起, 取一高32cm、 直径21cm的玻璃瓶, 每日一次灌混合液于其中至满, 沉淀1h后测其上清液的COD和SS。 6)每日以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 间歇换水培养阶段末期二日的BOD5、 COD、 SS、 SV30 的值 表2.1 项目 日期BOD5(mg/l)COD(mg/l)SS(mg/l)SV30 (%) 5月24日59.3162.1108.72.0

21、 5月25日63.2161.4101.82.0 1)由图2.2和表2.1可见, 间歇换水培养阶段内活性污泥的增长量不显著, BOD5、 COD和SS值均未达到二级处理标准。据分析, 其原因之一是: 此次试验所采用的4, 000ppm浓度初沉池污泥投加法适用于小试条件, 但并不适于此次中试的构筑物和设备条件。小试所用小型曝气头直接接触容器底, 能够活性污泥吹起, 而中试所安装的200mm直径微孔曝气头的出气微孔膜片均高于池底约150mm, 因此曝气不能将池底的沉淀物吹起。据观察, 投加初沉池污泥并曝气5日后, 池底积有多量污泥, 显见大量营养物质未及被微生物利用即沉积到池底, 而且随运行时间的推

22、行在150mm高度下积泥越来越多, 直至与150mm高度持平。考虑到该厂实际A/O工艺的微孔曝气装置与中试的基本相同, 即亦存在不能将沉积在池底的污泥吹起的弱点, 不能发挥所欲达到的高SS值的优势, 故建议在二级处理试运行中以直接进原污水培养活性污泥, 如此相当于在初沉池出水中加适度初沉池污泥, 又避免了高浓度初沉池污泥易沉积且在现有装置下不易被搅拌均匀的缺陷。 连续换水培养阶段末二日BOD5、 COD、 SS、 MLSS和SV30的值 表2 2 项目 日期BOD5(mg/l)COD(mg/l)SS(mg/l)MLSS(mg/L)SV30 (%) 7月29日25.6119.557.26055

23、7月30日27.1114.155.46195 时间(d) 图2.3 出水的BOD 5、 SS随时间变化曲线(连续换水培养阶段) 时间(d) 图2.4 出水和上清液的COD、 SS值随时间变化曲线(连续换水培养阶段) 时间(d) 图2.5 时间和SV 30 的关系(连续进水培养阶段) 2)因受试验场地和资金的限制, 此次试验所建筑的二沉池沉淀时间为1.2h,相对不足, 故泥分离效果不很理想。由图2.3可见, 连续换水培养阶段内出水水质不很稳定, 虽试验后期出水BOD5、 COD基本达标(见表2.2), 但出水SS(主要为活性污絮体)距达标相差较大, 且曲线下降幅度较小。COD、 SS(见步骤5)

24、相比, 二者图2.4可见, 将上清液的COD、 SS与出水COD差别不明显, 而SS差别较明显, 上清液的SS明显低于出水的SS, 前者后期已达标。说明此次试验所培养活性污泥的生物性能基本是好的, 吸附和氧化有机物的能力较强, 再根据表2.2中的MLSS和SV30值, 其沉降、 浓缩性能亦较好。 3)按此次试验的间歇排泥方式, 每日两次将二沉地所沉淀的污泥(主要为活性污泥)排入直径为2, 000mm的集泥井内, 然后用潜水泵抽回A池时, 约有100mm深度的污泥不能抽尽, 因集泥井又起暂存出水作用, 故此部分污泥随出水抽出而损失。再考虑出水中所损失的活性污泥絮体, 故由图2.5和表2.2可见,

25、 连续换水培养阶段内SV30 增长速率较慢、 幅度较小, 且不稳定。但由活性污泥的生物相观察可见如小试中所见相同的指示生物变化规律, 即随着指标值的逐渐下降, 指示原生动物逐渐由钟虫类占优势, 当其数量50个时, BOD530mg/L。并伴有少量固着型或匍匐型的其它微型动物, 如轮虫、 线虫等。可见正如2)所分析, 活性污泥的生物性能是好的。这显见是因为每日随损失的活性污泥有一定量的微生物被排出, 造成实际泥龄短, 存留的活性污泥微生物较年轻、 活性较好, 因而其分解代谢有机污染物的能力较强。 4)按此次实验的间歇换水培养阶段换水方法, 在抽上清液时必损失一部分活性污泥(1001/d)。量虽小

26、, 但在培养活性污泥初期应尽可能全量收集活性污泥。故在该厂二级处理工艺的试运行中, 如以间歇换水法培养活性污泥, 如条件允许的情况下应尽可能利用排空管道排出上清液。 5)在连续进水培养阶段, 因受试验条件限制, 采取了每日两次间歇回流, 未能连续回流, 故活性污泥和一部分未去除了SS在二沉池中同淀、 停留, 造成有时部分污泥因厌氧发酵而上浮。而且, 活性污泥的活性也可能因此有所降低。因此在该厂二级处理工艺试运行的活性污泥培养中, 对污泥回流应做到严格操作, 足量回流。 6)该厂进水中工业废水约占70%, 故在此次试验期间该厂所进污水中经常呈暗绿色, 上午尤为明显。活性污泥增长速率不快与工业废水

27、成分的不良影响可能有一定关系。但随着培养时间的推移, 有关菌种估计会针对其有所被驯化。 三、 杭州市四堡污水处理厂污水二级处理(A/O法)的试运行 杭州市四堡污水处理厂污水处理扩建工程(A/O法)试运行的培养活性污泥阶段于1999年8月29日开始, 至1999年10月22日MLSS及MLVSS值已达设计值, 各项出水检测指标已达国家二级处理标准。其后又继续探索了各有关各工艺参数的最适值。 1.设计工艺流程简介 1)有关进出水质的设计参数: 由表3-1可见设计进水质与实际进水质的对照。 设计进水质和实际进水质的对照 表3-1 项目BOD5(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(

28、mg/L)TP(mg/L) 设计进水水质 50350204 实际进水水质-303-6 注: 实际进水水质指试运行期间: 未考虑重金属等有毒物质。 处理水量: 400, 000m 3/d(试运行期间实际约300, 000m 3/d)。 出水要求: SS30mg/L,BOD 530mg/L,COD120mg/L。 2)曝气池 曝气池共4座, 分2组, 1组2座, 2组池并联使用; 单池容积34 666m , 总容积138, 660m; 池有效水深5 5m。以下参数以400, 000m处理流量计: 水力停留时间6.4h,其中厌氧段1h,好氧段5.4h;污泥负荷0.3kgBOD5/(kgMLVSSd)

29、, 污泥龄6.9d。 3)二级沉淀池 二级沉淀池为圆形辐流式, 共8池, 分2组, 1组4池, 2组池并联使用; 池径55m,有效水深2.85m;表面负荷1 14m/m2/h,沉淀时间2.5h。 4)生物处理工艺设计 图3.1 四堡污水处理厂A/O活性污泥法污水处理工艺框图 由图3.1可见, 扩建工程采用的生物处理工艺为厌氧/好氧(A/O)法。该处理工艺主要由两部分组成。 .经过一级处理后的污水和回流污泥一同进入厌氧池(A池), 并采用潜水搅拌器使泥水均匀混合, 防止沉淀。厌氧池具有选择器的作用, 能够有效地防止因丝状菌过度繁殖所引起的污泥膨胀, 改进污泥沉降性能; 与此同时, 很多在好氧条件

30、下难以生物降解的大分子有机物在厌氧条件下被兼性菌和厌氧菌作用下, 或被部分降解转化为小分子物质, 或其结构被改变, 使之更易于生物好氧氧化和分解, 增强污水的可生化性, 且聚磷菌有 地释放磷, 获得能量, 如此为后续工艺效果的提高创造有利条件。 .经过厌氧池处理后的污水和活性污泥混合液进入好氧曝气池(O池)后, 污水中有机污染物被兼性菌和好氧菌有效地分解、 吸收、 代谢, 且聚磷菌有效地利用能量吸收磷, 从而达到具有一定除磷效果的净化水质目的。曝气方式采用微孔曝气法。 2.步骤 1)于8月29日开启提升泵房螺旋泵, 并开启超越闸使原污水超越一级处理直接进入曝气池, 以此使原污水内所含SS能更多

31、地被带入曝气池, 即使微生物得到更多的营养, 更快生长, 缩短培养活性污泥时间。将曝气池注满污水后, 然后停止进水, 开始曝气。闷曝2日后, 静沉1h,然后经过放空管道将池内污水放出至放空管口所在处的深度, 即放出约1/4的污水, 再注入新鲜污水至曝气池满。以后循环进行闷曝、 静沉和进水三个阶段。约2日进行一个循环。(因放空管道放水较慢, 需约12h才能放至预定深度。而9月29日之前的试运行前期, 因二沉池、 污泥回流泵等均未验收等原因只能如此运行。 2)自9月29日开始, 按约300, 000m3d, 向曝气池连续进水, 连续曝气, 并同时开启二沉池吸泥机。约5h后, 开启污泥回流泵, 并打开好氧池的回流污泥阀门, 向其返送活性污泥, 回流比控制在70100%。(1月后, 关闭好氧池回流污泥阀门, 开启厌氧池回流污泥阀门, 并开启厌氧池内潜水搅拌器。) 3)当MLSS浓度约达设计值(2.5g/L)时, 开始排放剩余污泥。 4)按日取曝气池内混合液样和二沉池出水样, 以监测DO、 pH、 SS、 BOD 5、 COD、 MLSS、 MLVSS、 SV 30 、 NH 3-N、 TP等, 并观察生物相。 3 结果与分析 活性污泥成熟时的各有关值 项目 日期污泥负荷1kgBOD5(kgMLVSSd)BOD5(mg/l)(出水)COD