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化学除磷中混凝剂对活性污泥活性的影响 * 陈亚松 北京建工环境发展有限责任公司， 北京 100192 摘要 从污水处理厂运行实践出发， 研究了混凝剂对活性污泥活性的直接和间接影响。结果表明 混凝剂对微生物的 影响程度 PAC ＞ 三价铝盐 ＞ 三价铁盐， 混凝剂用于生化段除磷时， 铁盐投加量宜小于 20 mg/L， PAC、 三价铝盐宜小于 10 mg/L。反冲洗污水排入生化系统对微生物无直接的抑制作用， 但造成活性污泥中的无机组分比例增加， 北区厂 VSS/SS 由深度处理前的 0. 65 降低至 0. 54。 关键词 化学除磷; 混凝剂; 耗氧速率; 活性污泥; 反冲洗污水 THE EFFECT ON ACTIVATED SLUDGE ACTIVITY OF COAGULANTS APPLIED IN CHEMICAL PHOSPHORUS REMOVAL Chen Yasong BCEG Environment Development Co． ，Ltd， Beijing 100192 AbstractCombined with the practical experience of WWTP，the effect degree on microorganism of coagulants is studied and the results show that PAC ＞ Al3 ＞ Fe3 ． While coagulants are applied in chemical phosphorus removal in the biological treatment stage，the appropriate dosing proportion of Fe3 is less than 20 mg/L， compared to 10 mg/L of PAC and Al3 ． The wastewater from backwash by filters discharged into biological systems can not inhibit activity of microorganism，but it results in an increase of inorganic components in active sludge． With North WWTP as example，the VSS/SS ratio reduced to 0. 54 from 0. 65 after coagulants application． Keywordschemical phosphorus removal;coagulants;oxygen uptake rate OUR ;activated sludge;backwash wastewater * 国家水专项资助项目 高新城区水环境质量保障技术与综合示范 2008ZX07313 － 002 。 0引言 随着城镇污水处理厂排放标准日趋严格， 重点流 域地区普遍都执行了 GB 189182002城镇污水处 理厂污染物排放标准 中的一级 A 排放标准， 依靠传 统生物除磷工艺难以满足新的排放标准要求， 目前普 遍在升级改造工艺中增加了化学混凝法辅助除磷; 而 对于一些未升级改造的污水处理厂， 利用混凝剂在生 化系统强化除磷也是重要处理对策。混凝剂对微生 物的影响有两种 一种为直接投加至生化系统造成生 物抑制性; 另一种为深度处理工艺形成的物化污泥、 残留混凝剂循环至生化系统造成的间接影响。混凝 剂对微生物的抑制影响已引起人们的关注 ［1- 2］， 但其 影响程度与应用的处理工艺、 投加方式、 混凝剂种类 有关。 苏州地区北区污水处理厂采用了混凝剂 PAC 辅助除磷， 其投加方式包括两种 采用投加 PAC 至管 道混合器进行微絮凝过滤除磷; 由于进水 TP 超标， 在配水井增设了投加 PAC 实现同步物化除磷。由于 滤池前无混凝沉淀池， 反冲洗污水未经沉淀池而直接 排入至进水泵房， 导致物化污泥循环至生化系统。为 了验证和评价混凝剂对生化系统的影响， 本文从该厂 实际出发， 研究了混凝剂种类、 投加量对微生物活性 的影响， 并研究了物化污泥长期循环至生化系统对微 生物的影响。 1材料和方法 1. 1工艺概况 苏州地区北区污水处理厂规模105m3/d， 采用 A2O 生物处理、 微絮凝过滤的深度处理工艺， 执行一 级 A 排放标准， 工艺流程见图 1。 32 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 图 1北区某污水处理厂工艺流程 1. 2微生物好氧速率测定 取生化池中段新鲜活性污泥， 按不同浓度比例投 加混凝剂、 或反冲洗污水， 迅速在污水厂现场测定微 生物耗氧呼吸速率。为保证测定环境一致， 同一批次 样品取一个空白对比同时测定。 2结果与讨论 2. 1铝盐混凝剂对微生物活性的影响 铝盐为最常用的混凝剂之一， 为了评价不同的混 凝剂对微生物活性的直接影响， 首先选取了三价铝盐 AlCl3 和聚合氯化铝 PAC ， 按不同投加浓度 以铝 计 ， 测定微生物耗氧呼吸速率 OUR 的变化。三价 铝盐和 PAC 对微生物活性的影响见图 2、 图 3。 图 2三价铝盐对微生物活性的影响 图 3 PAC 对微生物活性的影响 从图 2， 图 3 可以看出 耗氧速率的变化呈现出 良好的线性关系， 浓度越高对微生物的耗氧速率的影 响越大。三价铝盐投加量在 15， 35 mg/L时， 耗氧速 率由空白样的0. 582 mg/ L min 分别降低至0. 487， 0. 305 mg/ L min ， 平 均 抑 制 率 分 别 为 16. 1 、 45. 7 。PAC 投加量在10， 20， 30 mg/L时， 平均抑制 率分别为 11. 9 、 33. 0 、 80. 1 。铝盐混凝剂对微 生物有直接的抑制影响， PAC 的抑制大于三价铝， 且 高浓度的混凝剂对生物的抑制率较高， 因此建议直接 用于生化池除磷时， 投加量宜小于10 mg/L， 其抑制性 较小。 2. 2铁盐混凝剂对微生物活性的影响 由于铁盐与磷酸盐形成沉淀物相对于铝盐更加 稳定、 效果更佳， 但其耐受 pH 的范围小， 且容易使出 水着色， 限制单独的应用 ［3］。为了优选除磷混凝剂， 选取了常用的 10 ～ 20 mg/L浓度下， Fe2 SO4 3、 AlCl3 对微生物活性的影响进行了对比试验 见图 4、 图 5 ， 投加浓度均按铝、 铁离子计。 图 4铝铁盐 10 mg/L 对微生物活性影响对比 图 5铝铁盐 20 mg/L 对微生物活性影响对比 图 4 表明 投加 10 mg/L 的三价铝盐、 铁盐后， 微 生物耗氧速率由空白样的0. 575 mg/ L min ， 分别 降低至0. 446， 0. 499 mg/ L min ， 三价铝盐、 铁盐的 生物抑制率分别为 9. 6 、 5. 4 ; 投加20 mg/L的三 价铝 盐、铁 盐 后，微 生 物 耗 氧 速 率 由 空 白 样 的 0. 69 mg/ L min ， 分别降低至 0. 475， 0. 576 mg/ L min ， 三价铝盐、 铁盐的生物抑制率分别为 15. 8 、 42 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 8. 5 。由此可见， 三价铁盐对生物的抑制率远小于 三价铝盐的影响， 在投加量为10 mg/L时， 铝盐和铁盐 对生物的抑制影响较小。为了减少混凝剂对生化系 统的影响， 在生化系统直接投加混凝剂时， 铁盐优于 铝盐， 且投加量宜小于20 mg/L。 2. 3化学除磷污泥对生化系统的影响 由于许多污水处理厂的深度处理工艺中， 物化除 磷污泥 水 未经沉淀直接排入进水泵房， 导致物化 污泥循环至生化系统， 如北区厂 V 型滤池的反冲洗 污 泥 水排入进水泵房， 循环至生化系统造成的间 接影响。一方面反洗水及残留的混凝剂对微生物的 抑制， 另一个方面物化污泥的累积增加了生化池活性 污泥的无机组分。为了分析评价其影响程度， 根据北 区厂实际的反洗污水量 200 m3/次 ， 每次持续 7 min， 假设在厌氧池 7 300 m3 完全混合， 则反洗水量 约占混合水量的 2. 7 。按照此比例为基准， 分别取 反冲洗污水混合液、 上清液、 沉淀污泥进行微生物活 性试验， 结果见表 1。 表 1反冲洗污水对微生物活性的影响 项目 按 3 比例投加 空白 1混合液 空白 2上清液 沉淀污泥 OUR / mgL － 1min－ 1 0. 6630. 6660. 6280. 6270. 625 从表 1 可看出 不论是反冲洗的混合液、 上清液、 还是沉淀污泥， 直接按一定比例投加至活性污泥中， 对活性污泥耗氧速率几乎无影响， 说明反冲洗污水对 微生物活性无直接影响。由于铝盐对微生物的活性 有抑制， 为了进一步分析其原因， 分别测定了北区厂 生化池水样、 反冲洗水样、 以及活性污泥、 物化污泥中 总铝含量， 如表 2 所示。 表 2水样中游离铝离子浓度的对比 项目 水样 / mg L － 1 污泥 / g kg － 1 生化池水反冲洗水活性污泥物化污泥 总铝含量 以铝计＜ 0. 0250. 48924. 240. 3 由表 2 可以看出 生化池中游离的铝浓度极低 ＜ 0. 025 mg/L ， 反冲洗污水中游离的铝盐浓度仅 为0. 489 mg/L， 如此低的铝盐浓度并不影响微生物活 性; 污 泥 中 的 总 铝 含 量 较 高，物 化 污 泥 中 高 达 40. 3 g/kg， 主要由于铝盐形成了相对稳定的化合物， 长期排入生化系统造成了生化池污泥中铝盐富集增 加至24. 2 g/kg。因此， 深度处理的物化除磷处理中， 混凝剂经过混凝反应形成了较稳定的沉淀物， 残留和 游离的铝盐含量很低， 不影响微生物的活性; 反冲洗 污水 泥 对微生物毒性几乎无影响， 但显然增加了 活性污泥中的无机组分。 大量的物化污泥排入生化系统的另一个影响是 增加活性污泥的无机组分， 从而降低单位污泥浓度的 微生物活性。以北区厂实际运行数据为例， 深度处理 PAC 投加量为 6 ～ 10 mg/L， 污水厂日产干污泥约 16t 包括物化污 泥 ， 滤 池反冲洗污水 日均产生量约 1 000 m3/d， 物化污泥浓度约为2 g/L， 物化污泥日产 生量约为2 t/d， 则物化污泥与生化污泥的产生比例 为1∶ 7。经过长期的运行和积累， 物化污泥进入生化 池最终达到平衡， 假设物化污泥无机组分的比例占 80 ， 则最终生化池中活性污泥的 VSS/SS 比纯活性 污泥降 低 10. 3 。表 3 列 出 了 物 化 除 磷 前 2008 年 、 物化除磷后 2010 年 生化池活性污泥 VSS/SS， 实际测定值与理论值的对比。 表 3活性污泥中 VSS/SS 的变化 项目 实际测定值理论计算 物化除磷前 物化除磷后 物化除磷前物化除磷后 VSS/SS 值0. 65 0. 540. 650. 583 由表 3 可知 物化污泥进入生化系统造成了活性 污泥中无机组分增加， VSS/SS 由深度处理前的 0. 65 降低至 0. 54， 与理论推导值接近。因此， 当采取物化 措施大量用于除磷时， 物化污泥越多， VSS/SS 越低， 为了防止单位浓度微生物活性的降低， 可以根据泥龄 周期， 通过调整排泥方式、 置换新鲜活性污泥的方式 解决。即一个泥龄周期内先期大量排泥、 后期减少排 泥， 如此循环， 即起到通过新产生的生物污泥置换物 化产生累积污泥， 达到提高 VSS/SS 比， 恢复生物活 性的目的。 3结论 1 不同浓度的三价铝盐、 三价铁盐、 PAC 对微生 物有抑制作用， 其影响程度 PAC ＞ Al3 ＞ Fe3 ; PAC 在 10、 20 mg/L时对微生物的抑制率分别为 11. 9 、 33 ， 而三价铝盐、 铁盐投加量为 20 mg/L 的抑制率 分别为 15. 8 、 8. 5 ， 投加量为10 mg/L时的抑制率 分别为 9. 6 、 5. 4 。 2 直接投加混凝剂至生化系统用于除磷时， 铁 下转第 45 页 52 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 3结论 1 利用 CO2处理转炉钢渣热闷循环水可以有效 降低水中的碱度和硬度， 降低出水 pH， 从而减缓管道 的结垢， 提高钢渣处理的品质。 2 可以用 pH 作为反应控制的指标， 通入 CO2 后， 钢渣热闷循环水的 pH 宜控制在 8. 5 ～ 10. 0 之 间， 此时钢渣热闷水中的碱度和硬度维持在 150 mg/ L 以下。 3 气液混合采用穿孔管曝气器能达到预期的效 果， 反应时间短， 系统改造比较容易实现。 4 钢铁企业在烧结、 焦化、 石灰锻烧等过程中会 排出大量的烟气， 烟气中 CO2含量大于 10 。因此， 设法采用烟气中的 CO2处理钢渣热闷回水， 可以节 省处理成本， 达到真正的节能减排的目的。 5 采用液态 CO2－ 穿孔管曝气器 － 絮凝沉淀 － 平流沉淀池处理钢渣热闷循环水在技术和经济上都 具有可行性。 6 用 CO2处理钢渣热闷循环水达到水质的稳定 目前只进行了中试试验， 还没有实际运行的工程实 例， 部分参数有待在实际工程中再探索。 参考文献 ［ 1］朱桂林，杨景玲，孙树杉． 发展循环经济， 科学选择钢渣处理工 艺及综合利用途径实现钢铁渣“零” 排放［J］． 冶金环境保护， 2006 4 28- 33． ［ 2］刘楠薇， 赵盟． 钢渣热闷工艺循环水处理［J］． 中国环保产业， 2010 7 23- 25． ［ 3］王绍文， 钱雷， 邹元龙， 等． 钢铁工业废水资源回用技术与应用 ［M］． 北京 冶金工业出版社， 200847- 57． ［ 4］LawrenceKWang， YungTseHung， NazihKShammas． Recarbonationandsoftening ［M］/ /PhysicochemicalTreatment Processes， Totowa Humana Press，2005199- 228． 作者通信处高康乐100088北京市海淀区西土城路 33 号 8 号楼 406 电话 010 82227635 E- mailgaokangle gmail． com 2010 － 11 － 03 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 25 页 盐混凝 剂 优 于 铝 盐 和 PAC， 铁 盐 投 加 量 宜 控 制 ＜ 20 mg/L， 铝盐混凝剂宜控制小于10 mg/L， 此时对 微生物活性的影响较小。因此， 建议北区污水厂分配 井处原投加的 PAC 药剂， 改成铁盐或者铝铁混合混 凝剂。 3 微絮凝过滤工艺中未设反洗污水沉淀池时， 反冲洗污水 包括混合液、 上清液、 沉淀污泥 排入生 化系统对微生物无直接的抑制作用， 主要原因在于混 凝剂与磷酸盐等形成了稳定的沉淀物， 水体中游离的 铝离子浓度较低。 4 反冲洗污水排入生化系统造成生化系统活性 污泥中的无机组分比例增加， 从而降低单位浓度的微 生物活性， 北区厂 VSS/SS 由深度处理前的 0. 65 降低 至 0. 54。当采取物化措施大量用于除磷时， 物化污 泥越多， VSS/SS 越低， 为了防止单位浓度微生物活性 降低， 可以根据泥龄周期， 通过调整排泥方式、 置换新 鲜活性污泥的方式解决。 参考文献 ［1］潘军航， 金承涛， 王闻哲， 等． 微生物铝毒和耐铝机制的研究现 状［J］． 微生物学报， 2004，44 5 698- 702． ［2］赵春禄， 张明明， 马文林， 等． 铝絮凝剂对活性污泥中微生物活 性的影响研究［J］． 环境工程， 2000，18 5 28- 31． ［3］鲍林林， 程庆锋， 李冬， 等． 污水深度处理工艺化学强化除磷单 元药剂选择及优化［J］． 给水排水， 2010，36 增刊 144- 147. 作者通信处陈亚松100192北京市朝阳区域清街 2 号院 9北侧 电话 010 64932999 E- mailchenyasong bceed． net 2011 － 01 － 09 收稿 54 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期
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