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1、带状污泥在城市污水中重现的可行性研究 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 1 。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57 cm。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1
2、所示。 (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1。(三)试验方法 试验从两方面进行:(1)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:COD cr 、BOD 5 、总固体、悬浮固体、MLSS及MLVSS、温度、pH。试验采样每隔2h一次，24h的混合水样由该厂化验室按标准方法 2 配合化验。溶解氧用溶解氧仪随时检测。 三、试验结果及分析 (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 5 不高，本试验的进水BOD 5 值一般在90180mgL之间:(2)可生化性比葡萄糖合成
3、废水差；(3)成份复杂。一个可以预计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况。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。 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。 (1)有机负荷(水力负荷)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
4、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。 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10kg COD/M 3 d，或3kgCOD/m 3 d，则带状污泥不易形成，即便形成，长度也仅在12cm左右。如果有机负荷大于5kgBOD 5 /m 3 .d，则可以形成带状污泥。这是因为填料池中生物膜的生长状况，直接影响曝气池中带状污泥的形成。当BOD 5 负荷大于5kg/m 3 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12 cm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
5、落。观察表明，脱落下来的生物膜本身就长达23 cm。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，一方面借助絮凝作用吸附或网捕小的菌胶团，最终发育成长为长达57cm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100 L/h，减至80L/h后，仅五天时间，带状污泥的长度就从平均4-6cm降至12cm，并在今后稳定于
6、此数值上。当水量从80L/h降至60L/h，带状污泥进一步变小。试验获得的MLSS和30分钟沉降比数据表明，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16mg/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，BOD
7、5 负荷为5kg/m 3 d，即对应进水水量为100L/h时，填料池中生物膜不可能长到伸出纤维球纤维长度外12cm的程度。这时要形成带状污泥就必须提高BOD 5 负荷至10kg/m 3 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
8、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1000mL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37cm)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(0.53 cm)，也在3 min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5min 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
9、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2 m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1m/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5 min)，剪下每个纤维球，称重，然后，置于烤箱中在60下烘至恒重，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%。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
10、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201，曝气4 h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2h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12 cm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，菌胶团及固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
11、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污泥的生物相特性相似。 (三)试验运行效果分析及工艺实质表4是试验运行的结果。本工艺在去除BOD 5 及COD cr 方面的效果是很好的，由表4可知，当水量为100L/h(对应的纤维填料池的有机负荷为15kgCOD cr /m 3 d)，整个工艺的水力停留时间仅为1.6h，而BOD 5 的去除率仍在8790%范围内，出水BOD 5 小于20mg/L。对应的C OD cr 的去除率也在60%以上。应当指出，本试验采用的合建式曝气池，其沉淀区仅数十分
12、钟的停留时间(对水量100L/h而言)，加上水力负荷过高，托起细小悬浮物，故出水悬浮固体较多。这一问题可以通过调整填料池与曝气池的比例，控制污泥龄来解决。 通过以上分析，可对本工艺的实质作如下说明:(1)在第一级纤维填料池适当地提高负荷后，使得填料上的生物膜中优势种群为丝状菌。由于丝状菌具有很强的处理能力，故填料池可以在高负荷情况下仍完成其降解大部分有机物的任务；(2)利用第二级曝气，使纤维填料池上脱落下来的生物膜逐步稳定，而形成带状污泥。带状污泥虽仍然是丝状菌占优，由于它的密度比一般活性污泥大，含水率低，而且体积大，带状污泥中的微生物能态也低，故沉降问题得以解决，而绝不会发生污泥膨胀。因此，带状污泥的形成使得人们高效地利用丝状菌降解水中有机物成为可能。 四、结论 1.采用第一级纤维填料池，第二级曝气池工艺，在高负荷情况下运转，以城市污水为进水基质，可以形成带状污泥。 2.形成的带状污泥以丝状菌为骨架，菌胶团及固着型纤毛虫缠绕其上。 3.带状污泥在清水中的沉速为1m/min。其5min沉降比与30min沉降比相差极小。带状污泥含水率为96.5%，具有一定的机械强度可用载流或打捞的办法从曝气池中除去。 4.带状污泥的出现，使得利用丝状菌高效地去除废水中的有机物成为可能。