摘要:本文研究了在AB工藝中，利用A段活性吸附去除重金屬從而降低B段污泥中重金屬含量，使其達到農用標準的可行性。為使A段在去除大部分重金屬的同時產生的有毒有害污泥產量盡量降低，對AB運行控制參數進行了如何優(yōu)化等相應的探討。本研究還利用小型污水處理實試驗場，模擬地研究了AB工藝A段中重金屬的去除情況，結果表明在AB工藝中既可實現A段吸附大部分的重金屬，又可使大部分有機物進入B段處理，從而實現重金屬超標污泥減量處理，使B段污泥達到農用標準,達到減量化處理的目的。
關鍵詞：AB工藝 污泥 重金屬 去除
前言
1.1 AB工藝利用A段去除重金屬的意義
隨著我國城市經濟的發(fā)展和人口的增加，環(huán)境污染日益嚴重。而人們環(huán)境意識的加強和對環(huán)境質量要求的提高必然使越來越多的廢水需要處理。
從全國廢水排放情況可以看出，我國年廢水排放總量均在3.20×1010—3.70×1010噸之間。城市污水處理會產生大量的污泥，一般污泥產量為所處理污水量的0.3%—5%，城市污泥是指污水處理廠所產生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機物、豐富的氦、磷等營養(yǎng)物以及一些植物生長所需的微量元素，其施于土壤中能夠改良土壤結構，增加土壤肥力，使作物生長良好，增加產量。
污泥農用是一種積極的資源化的污泥處理方式。 近十幾年來，我國專家對城市污泥的農用及其資源化進行了一定的研究 ，但在總體上與國外的研究水平相差較遠，農用實踐較少，沒有形成適合我國國情的、較大規(guī)模的城市污泥資源化利用的模式。城市污泥堆肥法以其處理成本低廉、能有效殺滅病原茵和除臭、改善污泥不良的物理性狀、使污泥減容和達到徹底穩(wěn)定化的效果等優(yōu)點而倍受人們的關注，并已成為當前污泥無害化和農肥化的重要途徑之一。在西方國家，城市污泥的農用已經有60—70年的歷史，城市污泥農用比例最高的國家有荷蘭和法國占55%——60%，其次是丹麥和美國占45%。污泥農用可達到變害為利、綜合利用的目的。近年來，隨著我國國民經濟的迅速發(fā)展，環(huán)境保護基本國策的不斷深入人心和落到實處，城市污水處理系統(tǒng)的普及和深化，城市污水處理廠數量的日益增多，污泥的產量也將大幅度地增長。因此，如何合理有效地處置污水廠的污泥，已成為城市污水處理廠和相關部門面臨的重要問題。
活性污泥運行系統(tǒng)所處理的污水成份復雜，常含有一些重金屬離子，如Zn2+、Cu2+、Cd2+等，而且污泥中金屬的含量關系到污泥本身的處理和農用。目前大量城市污泥由于重金屬含量較高而無法進行農用。如果在現行的AB工藝中能夠利用A段去除重金屬，使污水中中重金屬富集在A段，大大降低B段剩余活性污泥中重金屬的含量，使B段的污泥達到農用標準，可大大減少有害污泥的產量。這樣，只要處理A段產生的剩余污泥，B段產生的剩余物可以直接農用，既可大大降低污泥的處理費用，又可達到污泥資源化利用的目的。
1.2 AB工藝介紹
A—B法即吸附生物降解法(Adsorption-Bio-Activated Sludge Process)，簡稱AB工藝，是由德國亞琛亞大學B.bohnke教授經過多年研究開發(fā)出來的，是在常規(guī)活性污泥法和兩段活性污泥法基礎上發(fā)展起來的一種新型的污水處理工藝。目前得到越來越廣泛的應用。
AB工藝一般不設初沉池。城市排水管網的污水經過沉砂池沉砂后，直接進入污泥有機率負荷很高(Ns＝2—6kgBOD5/kgMLSS·d)的A級曝氣池，來自原污水中的微生物和A級回流污泥組成的群體在很短時間內(15—30分鐘)將污水中的懸浮物膠體、有機物絮凝及吸附，其中部分溶解性有機污染物被菌體吸收和氧化。正由于此，使得A級對SS、BOD5的去除率遠高于只去除可沉降性懸浮固體的初沉池。一般對SS的去除率為80%，BOD5的去除率為40%。
污水經過A級處理系統(tǒng)，能去除一部分BOD5，調節(jié)后再進入B級曝氣池，減輕了B級活性污泥的污染物負荷，同時穩(wěn)定了B級進水水質，從而保證了B級微生物凈化水質的效果。一般B級污泥負荷較低(Ns＝0.15——0.3kg BOD5/kgMLSS·d)，停留時間為2——5小時。以廣州市獵德污水處理廠為例，AB工藝處理城市污水的流程如下：
 |
圖1 廣州市獵德污水處理廠工藝流程
2實驗材料與方法
2.1 實驗材料
2.1.1 儀器和設備
本研究中的主要儀器設備如下：
（1）日處理量為100噸的AB工藝試驗場
（2） LD4-2A離心機 北京醫(yī)用離心機廠
（3） OPTIMA4100 等離子體發(fā)射關儀 美國PE公司
2.1.2 供研究污泥的來源
本研究中所用的活性污泥主要取自廣州市獵德污水處理廠 A段和B段的沉淀池和廣州大坦沙污水處理廠二沉池的活性污泥。
 |
表1 獵德污水處理廠污泥的主要成分
2.2 實驗方法
利用日處理量為100噸的AB工藝試驗場，按照振蕩條件和曝氣條件下取得的試驗結論，調節(jié)運行參數，研究其對A段和B段實際對重金屬離子的截留情況，在平穩(wěn)運行一段時間后，分析其中A沉池中和二沉池污泥中重金屬的含量。探討在該工藝參數條件下，B段污泥能否達到污泥農用控制標準，處理水質能否達到二級處理排放標準。
2.3 AB工藝試驗場相關實驗
2.3.1 AB工藝試驗場在實際運行條件下的相關實驗
利用AB工藝試驗場進行相關實驗。AB工藝試驗場是廣州市獵德污水處理廠的縮小模型，日處理量大約為100噸，試驗場的工藝流程如圖2-3所示，相關工藝參數如表2-7中所列舉。取用大坦沙污水處理廠二沉池污泥進行馴化試驗。在開始時，A曝氣池和B曝氣池污泥濃度MLSS均為約2000-3000mg/L,進水為4.2M3/h,但由于入水水質CODCr和BOD5均較低，B段曝氣池污泥生長不是很理想，出水水質難與穩(wěn)定，后來調節(jié)了污泥濃度，大幅度調低A曝氣池的污泥濃度至約500mg/l,但運行一段時間后，雖然，B段曝氣池運行較為正常，但發(fā)現A段曝氣池污泥沉降性能較差，又將A段污泥濃度調解為1000mg/l,七天后出水水質水質基本穩(wěn)定，A段曝氣池和B段曝氣池運行較為正常,進水和A沉、B沉出水每天取樣四次，混合水樣后分析其中CODCr值和重金屬含量。根據模擬試驗結果，將A段曝氣調節(jié)為0.5mg/L, 污泥濃度調節(jié)為1000mg/L，出水每天取樣四次，混合水樣后分析其中CODCr值和重金屬含量。
試驗場的主要構筑物尺寸為：
A曝：1800×800×2000，中沉為豎流式：1800×1800×2950，
B曝：3400×2000×2090, 二沉為平流式：5600×1200×2200,
A段：進水量Q=4.2m3/h B段：進水量Q=4.2m3/h
曝氣時間為T=33min 曝氣時間為T=3.7h
溶解氧DO=0.5mg/L 溶解氧DO=2.0-4.0mg/L
 |
圖2 試驗場的工藝流程示意圖
2.3.2 A段和B段所產污泥的收集。
在AB工藝試驗場穩(wěn)定運行，進出水水質穩(wěn)定后，持續(xù)運行了兩個月，從第二個月開始，每星期從A沉池和B段二沉池取出活性污泥，將所得污泥進行離心，然后將其自然風干，研磨后過100目篩，進行消解后采用等離子發(fā)射光譜法測定其中重金屬含量。
3結果與分析
3.1 AB工藝試驗場中試條件下的相關實驗結果與分析
3.1.1 AB工藝試驗場水質處理效果試驗結果與分析
將A段曝氣調節(jié)為0.5mg/L, 污泥濃度調節(jié)為約500mg/L之間，在處理效果比較穩(wěn)定后，每天取樣四次，混合水樣后分析其中COD重金屬的含量，連續(xù)采三天水樣，分析數據如下表2所示。從表2可以看出，AB工藝試驗場的污水處理運行中，A段曝氣池去除了污水中大部分的重金屬；但每種重金屬離子的去除情況不同，其中，Cu2+離子在A段的去除率達到87.6%，Zn2+離子的去除率也達到了78.7%，Cd2+離子的A段去除情達到92.67%，但測量數據較不穩(wěn)定，不排除是在測量的過程中存在某種干擾的因素。Ni2+離子A段去除情況較為穩(wěn)定，也達到了51%。在B段進水中重金屬含量較低，但去除率卻有所下降，這比較難于釋。
表3有機物和重金屬的截留
3.1.2 AB工藝試驗場A段B段活性污泥截留重金屬情況的相關實驗的結果與分析
AB工藝試驗場在穩(wěn)定運行一個月后，開始每周從A段A沉池和B二沉池取一次剩余污泥，測定結果如表3所示。結果顯示，AB工藝試驗場在以上的工藝條件下，A段曝氣池活性污泥確實有效地截留了大部分重金屬元素，大大降低了B段曝氣池中活性污泥中重金屬的含量；其中，B段剩余污泥中Cu元素的含量測量五次全部達到農用污泥標準(GB4284-84 1984-05-18實施 酸性土壤控制標準)，并大大低于中堿性土壤農用控制標準。
Zn元素雖然在五次的測量結果中有兩次的結果超過污泥農用酸性土壤控制標準，但五次測量的平均值仍低于污泥農用酸性土壤，只是與污泥農用酸性土壤控制標準較為接近，同時也大大低于中堿性土壤農用控制標準。Cd元素的情況和以上元素不太一樣，雖然在城市污水中含量較低，但污泥農用控制標準中的控制含量較低，只有5mg/kg(酸性土壤)20mg/kg(中堿性土壤)，在五次的測定結果中，B段剩余污泥中的含量有一次超過了酸性土壤污泥農用控制標準，但基本達到酸性土壤污泥農用控制標準，但仍能達到中堿性土壤污泥農用控制標準。值得注意的是：Cd元素的測量結果無論是A段污泥還是B段污泥均波動較大，可能是在測量中存在某些干擾。
Ni元素的測量結果顯示，該元素大部分亦被截留在A段，B段剩余污泥的五次測量結果均低于酸性土壤污泥農用控制標準，也大大低于中堿性土壤農用控制標準。
總體而言，在AB工藝試驗場的相關實驗顯示，在上述條件下，污水中的重金屬在A段被有效地取出，B段污泥達到了農用標準。
 |
 |
表4 AB工藝試驗A段B段活性污泥中金屬的含量(mg/kg)
3.1.3關于AB工藝的A段運行條件
在本研究的相關試驗中發(fā)現，要在A段實現重金屬離子的去除在廣州市污水中重金屬濃度較低的情況下，并不需要太高的污泥濃度。但A段對有機物的去除在污泥濃度為250mg/L～4000mg/L之間，去除率隨著污泥濃度增加而增加。而要使A段污泥產量降低，又不宜在A段去除過多的有機物，宜選擇較低的污泥濃度。但在本試驗中發(fā)現，污泥濃度過低如250mg/L和500mg/L時，A段污泥沉降性能較差；而污泥濃度在1000mg/L～1500mg/L之間沉降性能好轉，達到去除重金屬離子的良好效率，又不過多截留污水中的有機物。同時，在曝氣量方面，在A段不宜采用過大曝氣量，溶解氧濃度控制在0.5mg/L為宜，以免影響對重金屬的去除。
3.2 結論
綜合本次研究的一系列實驗結果，在適當控制AB工藝相關參數條件下，利用A段活性污泥去除大部分重金屬，降低B段產泥中重金屬含量，達到農業(yè)控制標準的設想是切實可行的。這樣，A段產泥進行獨立處理，如填埋等，B段污泥進行農業(yè)利用，大大減少了重金屬含量超標的污泥處理量，降低了污泥的處理成本，又實現了B段污泥的資源化利用。作者: 盧寶光 林毅 孟慶強 來源：谷騰水網
