制藥廢水中AB工藝法的應用

1、AB工藝的原理

    AB工藝將曝氣池分作A和B高低負荷“兩階段曝氣”處理工藝,每個階段各有獨立的沉淀和污泥回流系統。高負荷段(A段) 停留時間約20~40分鐘,以生物絮凝吸附作用為主,同時發生不完全氧化反應,生物主要為短世代的細菌群落,去除BOD達50%以上。B段與常規活性污泥法相似,負荷較低,泥齡較長。

1)A級對BOD、COD和SS的去除

    實際上AB工藝是由城市排水管網和污水處理廠構成的處理系統。城市居民連續不斷地排泄細菌,其中約5-10%的細菌能在好氧/兼性厭氧條件下存活和增殖。在排水管網中發生細菌的增殖、適應和選擇等生物學過程,使原污水中出現生命力旺盛、能適應原污水環境的微生物群落。因此,城市污水實質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潛力。A級對BOD和COD的去除不是以細菌的快速增殖降解作用為主,而是以細菌的絮凝吸附作用為主。靜態試驗表明原污水中存在大量已適應原污水的微生物,這些微生物具有自發絮凝性。當它們進入A級曝氣池后,在A級內原有菌膠團的誘導促進下很快絮凝在一起,絮凝物結構與菌膠團類似,絮凝的同時絮凝物與原有的菌膠團結合在一起,成為A級污泥的組成部分,并具有較強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,污泥濃度低于1g/L時,絮凝效果差。與絮凝吸附發生的同時,微生物出現程度有限的增殖,這種增殖可能與A級污泥的促絮凝作用(或物質)的產生有關。根據污水處理試驗,進水中以SS形式表達的微生物量按150mg/L計,A級出水微生物量為70mg/L。那么A級中由進水微生物形成的污泥濃度Xi可按下式計算:

Xi=Q△SQc/V

式中:Q——進水流量;

Qc——A級的泥齡;

△S——A級截留的微生物量;

V——A級曝氣池體積。

將各項數據代入上式:

Xi=4L/h×80mg/L×10h/2L =1600mg/L。

    A級的實際污泥濃度為2000mg/L,也就是說A級污泥中進水微生物占80%左右,僅20%左右由增殖作用產生。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級對難降解物質的去除

    當進水是城市生活污水與工業廢水的混合水或只是工業廢水時,污水中往往含有許多難降解物質,比如多環芳香族的化合物、鹵代烴。若完全用好氧方法處理,不僅消耗大量氧氣,而且BOD去除往往達不到所要求的指標。當進水中難降解物質含量高時,A級實行缺氧運行,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BOD5檢測不出、COD可以檢測出的難降解有機物轉化成BOD5易檢出的易降解有機物,這種轉化在好氧條件下往往難以實現。

3)A級的抗沖擊負荷能力

    A級中的微生物群體對有機污染物和毒物的沖擊負荷有顯著的緩沖能力,沖擊負荷停止后A級能很快地恢復正常,因此A級的存在使進水水質的變化、污染物和有毒物質的沖擊負荷不影響后續工藝的穩定運轉。

A級的抗沖擊負荷能力除了與吸附作用有關外,還與下面兩種生物學過程密切相關。

(1)微生物突變

    活性污泥中的任何細菌群體都能以各種各樣的方式對環境變化作出反應。新環境形成的初期,不適應新環境的細菌死亡,隨后從系統中消失。與此同時,新環境為其它細菌的優勢增殖提供了有利條件。適應性細菌的重要來源是突變,致突變物質能導致突變,即遺傳物質發生變化。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。考慮到A級內活性污泥中細菌數量很高,在每一人口當量中每日出現7.5×105個正突變是可能的。除X射線和Y射線外,亞硝酸鹽等化學物質也是誘變物質。污水中普遍存在的酸、堿和有毒物質的長期影響也能誘發突變。突變為活性污泥適應新環境、降解難降解物質提供了生物遺傳學基礎。而A級污泥對毒物的抗性則來源于:

(2)質粒的轉移

    在醫療方面,質粒轉移往往造成抗藥性基因的迅速傳播,從而造成醫療困難,AB工藝中的A級環境特別有利于質粒的轉移。質粒是環形的DNA分子,它們不受染色體支配,能侵入菌體并利用菌體的復制系統自我復制增殖。質粒普遍攜帶抗性基因,有的質粒還攜帶一般細菌不具備的特殊基因,如降解PCB的基因。眾多的質粒構成了細菌的抗性基因庫和降解特殊有機物的基因庫。在選擇性工藝環境中(如沖擊負荷),質粒的抗毒性基因和降解特殊物質基因賦予細菌明顯的優勢。在正常的細胞分裂中,質粒能傳給子細胞。質粒還能通過接合作用以攜質粒細菌轉移到無質粒細菌內,接合過程不受細菌種屬和質粒來源的限制,A級中高密度懸浮細菌的存在對接合有利。在A級中占優勢地位的腸道細菌的接合過程需花費1.5-2.0h。假設A級泥齡為8h,那么在A級微生物中至少能發生4次接合,在此期間約10%的細菌受到質粒侵入。質粒在活性污泥中的傳播,提高了活性污泥對環境變化、特別是化學變化的抗性。對污水處理廠來說,處理效果和工藝穩定性的好壞與質粒的存在與否密切相關。

4)AB工藝與氮、磷去除

    由于水體富營養化和水資源短缺問題日益嚴重;許多污水必須經過除磷脫氮處理,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級對氮和有機物的去除比常規機械處理高許多倍,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,曝氣區體積可以相應降低。對反硝化來說,可以通過改變A級的污泥負荷和運行方式調節A級的去除率,使反硝化所需的BOD5/TN比值(3左右)得到最優調節。試驗結果表明B級污泥中,反硝化菌比例比常規生物脫氮系統的污泥高,反硝化率高2~3倍,例如: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6.3mgNO3-N/gMLSS·h。由于具脫氮功能的AB工藝硝化和反硝化速率高,工藝總體積比常規生物脫氮工藝節省20%左右。

    AB工藝中不設初沉池,從而使污水中的微生物在A段得到充分利用,并連續不斷的更新,使A段形成一個開放性的、不斷由原污水中生物補充的生物動態系統

2、AB工藝的應用

AB法工藝在我國的研究和應用大致經歷了以下三個階段:

第一階段:

    上世紀70年代末至80年代初期,我國許多專家學者對AB 工藝的特性、運行機理及處理過程和穩定性等方面,進行了深入全面和系統的研究,對“AB法”工藝在我國的應用和推廣起到了積極作用。

第二階段:

    上世紀70年代末至80年代,我國許多大專院校紛紛開設專題研究課程,尤其是設計研究部門也對AB法處理城市污水、工業廢水進行規模化的實驗研究,為AB法的工程設計和工程應用取得了大量的數據和實踐經驗,為其在我國的工程應用起到了十分關鍵的作用。

第三階段:

    自上世紀80年代起,國內逐步開始將“AB法”應用到城市污水處理和工業廢水處理工程中,已建成相當數量的AB法工藝的城市污水處理廠,成效顯著,取得了十分可觀的社會效益和環境效益。

3、AB工藝的特點

    AB法與傳統的活性污泥法相比,在處理效率、運行穩定性、工程投資和運行費用等方面均有明顯的優點。總體而言,AB法工藝適合于污水濃度高、具有污泥消化等后續處理設施的大中規模的城市污水處理廠,有明顯的節能效果。 

AB工藝的主要特征有:

    1、A段在很高的負荷下運行,其負荷率通常為普通活性污泥法的50~100倍,污水停留時間只有30~40min,污泥齡僅為0.3~0.5d。污泥齡較高,真核生物無法生存,只有某些世代短的原核細菌才能適應生存并得以生長繁殖,A段對水質、水量、PH值和有毒物質的沖擊負荷有極好的緩沖作用。A段產生的污泥量較大,約占整個處理系統污泥產量的80%左右,且剩余污泥中的有機物含量高。

    2、B段可在很低的負荷下運行,負荷范圍一般為<0.15kgBOD/(kgMLSS.d)水力停留時間為2~5h,污泥齡較長,且一般為15~20d。在B段曝氣池中生長的微生物除菌膠團微生物外,有相當數量的高級真核微生物,這些微生物世代期比較長,并適宜在有機物含量比較低的情況下生存和繁殖。

    3、A段與B段各自擁有獨立的污泥回流系統,相互隔離,保證了各自獨立的生物反應過程和不同的微生物生態反應系統,人為地設定了A和B的明確分工。

5、AB工藝的優缺點及建議

AB法工藝的優點:

具有優良的污染物去除效果,較強的抗沖擊負荷能力,良好的脫氮除磷效果和投資及運轉費用較低等。

    優點一:對有機底物去除效率高。

    優點二:系統運行穩定。主要表現在:出水水質波動小,有極強的耐沖擊負荷能力,有良好的污泥沉降性能。

    優點三:有較好的脫氮除磷效果。

    優點四:節能。運行費用低,耗電量低,可回收沼氣能源。經試驗證明,AB法工藝較傳統的一段法工藝節省運行費用20%~25%.

AB工藝的缺點:

     缺點一:A段在運行中如果控制不好,很容易產生臭氣,影響附近的環境衛生,這主要是由于A段在超高有機負荷下工作,使A段曝氣池運行于厭氧工況下,導致產生硫化氫、大糞素等惡臭氣體。

     缺點二:當對除磷脫氮要求很高時,A段不宜按AB法的原來去處有機物的分配比去除BOD55%~60%,因為這樣B段曝氣池的進水含碳有機物含量的碳/氮比偏低,不能有效的脫氮。

     缺點三:污泥產率高,A段產生的污泥量較大,約占整個處理系統污泥產量的80%左右,且剩余污泥中的有機物含量高,這給污泥的最終穩定化處置帶來了較大壓力。

     隨著污水處理技術的不斷發展,和環境污染的日益加劇,以及我們對于污水處理的水質凈化要求的日益提高,“AB法”工藝已經從污水處理舞臺的主角逐漸引退,讓位于新一代的污水處理技術。但是它對于污水處理技術發展所帶來的啟迪和歷史作用都具有深遠意義,即使在今天,仍然有它的應用價值。

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