AB工艺实现污泥重金属减量利用
摘要:本文研究了在AB工艺中，利用A段活性吸附去除重金属从而降低B段污泥中重金属含量，使其达到农用标准的可行性。为使A段在去除大部分重金属的同时产生的有毒有害污泥产量尽量降低，对AB运行控制参数进行了如何优化等相应的探讨。本研究还利用小型污水处理实试验场，模拟地研究了AB工艺A段中重金属的去除情况，结果表明在AB工艺中既可实现A段吸附大部分的重金属，又可使大部分有机物进入B段处理，从而实现重金属超标污泥减量处理，使B段污泥达到农用标准,达到减量化处理的目的。
关键词：AB工艺 污泥 重金属 去除
前言
1.1 AB工艺利用A段去除重金属的意义
随着我国城市经济的发展和人口的增加，环境污染日益严重。而人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高必然使越来越多的废水需要处理。
从全国废水排放情况可以看出，我国年废水排放总量均在3.20×1010—3.70×1010吨之间。城市污水处理会产生大量的污泥，一般污泥产量为所处理污水量的0.3%—5%，城市污泥是指污水处理厂所产生的固态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰富的氦、磷等营养物以及一些植物生长所需的微量元素，其施于土壤中能够改良土壤结构，增加土壤肥力，使作物生长良好，增加产量。
污泥农用是一种积极的资源化的污泥处理方式。 近十几年来，我国专家对城市污泥的农用及其资源化进行了一定的研究 ，但在总体上与国外的研究水平相差较远，农用实践较少，没有形成适合我国国情的、较大规模的城市污泥资源化利用的模式。城市污泥堆肥法以其处理成本低廉、能有效杀灭病原茵和除臭、改善污泥不良的物理性状、使污泥减容和达到彻底稳定化的效果等优点而倍受人们的关注，并已成为当前污泥无害化和农肥化的重要途径之一。在西方国家，城市污泥的农用已经有60—70年的历史，城市污泥农用比例最高的国家有荷兰和法国占55%——60%，其次是丹麦和美国占45%。污泥农用可达到变害为利、综合利用的目的。近年来，随着我国国民经济的迅速发展，环境保护基本国策的不断深入人心和落到实处，城市污水处理系统的普及和深化，城市污水处理厂数量的日益增多，污泥的产量也将大幅度地增长。因此，如何合理有效地处置污水厂的污泥，已成为城市污水处理厂和相关部门面临的重要问题。
活性污泥运行系统所处理的污水成份复杂，常含有一些重金属离子，如Zn2+、Cu2+、Cd2+等，而且污泥中金属的含量关系到污泥本身的处理和农用。目前大量城市污泥由于重金属含量较高而无法进行农用。如果在现行的AB工艺中能够利用A段去除重金属，使污水中中重金属富集在A段，大大降低B段剩余活性污泥中重金属的含量，使B段的污泥达到农用标准，可大大减少有害污泥的产量。这样，只要处理A段产生的剩余污泥，B段产生的剩余物可以直接农用，既可大大降低污泥的处理费用，又可达到污泥资源化利用的目的。
1.2 AB工艺介绍
A—B法即吸附生物降解法(Adsorption-Bio-Activated Sludge Process)，简称AB工艺，是由德国亚琛亚大学B.bohnke教授经过多年研究开发出来的，是在常规活性污泥法和两段活性污泥法基础上发展起来的一种新型的污水处理工艺。目前得到越来越广泛的应用。
AB工艺一般不设初沉池。城市排水管网的污水经过沉砂池沉砂后，直接进入污泥有机率负荷很高(Ns＝2—6kgBOD5/kgMLSS·d)的A级曝气池，来自原污水中的微生物和A级回流污泥组成的群体在很短时间内(15—30分钟)将污水中的悬浮物胶体、有机物絮凝及吸附，其中部分溶解性有机污染物被菌体吸收和氧化。正由于此，使得A级对SS、BOD5的去除率远高于只去除可沉降性悬浮固体的初沉池。一般对SS的去除率为80%，BOD5的去除率为40%。
污水经过A级处理系统，能去除一部分BOD5，调节后再进入B级曝气池，减轻了B级活性污泥的污染物负荷，同时稳定了B级进水水质，从而保证了B级微生物净化水质的效果。一般B级污泥负荷较低(Ns＝0.15——0.3kg BOD5/kgMLSS·d)，停留时间为2——5小时。以广州市猎德污水处理厂为例，AB工艺处理城市污水的流程如下：
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图1 广州市猎德污水处理厂工艺流程
2实验材料与方法
2.1 实验材料
2.1.1 仪器和设备
本研究中的主要仪器设备如下：
（1）日处理量为100吨的AB工艺试验场
（2） LD4-2A离心机 北京医用离心机厂
（3） OPTIMA4100 等离子体发射关仪 美国PE公司
2.1.2 供研究污泥的来源
本研究中所用的活性污泥主要取自广州市猎德污水处理厂 A段和B段的沉淀池和广州大坦沙污水处理厂二沉池的活性污泥。
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表1 猎德污水处理厂污泥的主要成分
2.2 实验方法
利用日处理量为100吨的AB工艺试验场，按照振荡条件和曝气条件下取得的试验结论，调节运行参数，研究其对A段和B段实际对重金属离子的截留情况，在平稳运行一段时间后，分析其中A沉池中和二沉池污泥中重金属的含量。探讨在该工艺参数条件下，B段污泥能否达到污泥农用控制标准，处理水质能否达到二级处理排放标准。
2.3 AB工艺试验场相关实验
2.3.1 AB工艺试验场在实际运行条件下的相关实验
利用AB工艺试验场进行相关实验。AB工艺试验场是广州市猎德污水处理厂的缩小模型，日处理量大约为100吨，试验场的工艺流程如图2-3所示，相关工艺参数如表2-7中所列举。取用大坦沙污水处理厂二沉池污泥进行驯化试验。在开始时，A曝气池和B曝气池污泥浓度MLSS均为约2000-3000mg/L,进水为4.2M3/h,但由于入水水质CODCr和BOD5均较低，B段曝气池污泥生长不是很理想，出水水质难与稳定，后来调节了污泥浓度，大幅度调低A曝气池的污泥浓度至约500mg/l,但运行一段时间后，虽然，B段曝气池运行较为正常，但发现A段曝气池污泥沉降性能较差，又将A段污泥浓度调解为1000mg/l,七天后出水水质水质基本稳定，A段曝气池和B段曝气池运行较为正常,进水和A沉、B沉出水每天取样四次，混合水样后分析其中CODCr值和重金属含量。根据模拟试验结果，将A段曝气调节为0.5mg/L, 污泥浓度调节为1000mg/L，出水每天取样四次，混合水样后分析其中CODCr值和重金属含量。
试验场的主要构筑物尺寸为：
A曝：1800×800×2000，中沉为竖流式：1800×1800×2950，
B曝：3400×2000×2090, 二沉为平流式：5600×1200×2200,
A段：进水量Q=4.2m3/h B段：进水量Q=4.2m3/h
曝气时间为T=33min 曝气时间为T=3.7h
溶解氧DO=0.5mg/L 溶解氧DO=2.0-4.0mg/L
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图2 试验场的工艺流程示意图
2.3.2 A段和B段所产污泥的收集。
在AB工艺试验场稳定运行，进出水水质稳定后，持续运行了两个月，从第二个月开始，每星期从A沉池和B段二沉池取出活性污泥，将所得污泥进行离心，然后将其自然风干，研磨后过100目筛，进行消解后采用等离子发射光谱法测定其中重金属含量。
3结果与分析
3.1 AB工艺试验场中试条件下的相关实验结果与分析
3.1.1 AB工艺试验场水质处理效果试验结果与分析
将A段曝气调节为0.5mg/L, 污泥浓度调节为约500mg/L之间，在处理效果比较稳定后，每天取样四次，混合水样后分析其中COD重金属的含量，连续采三天水样，分析数据如下表2所示。从表2可以看出，AB工艺试验场的污水处理运行中，A段曝气池去除了污水中大部分的重金属；但每种重金属离子的去除情况不同，其中，Cu2+离子在A段的去除率达到87.6%，Zn2+离子的去除率也达到了78.7%，Cd2+离子的A段去除情达到92.67%，但测量数据较不稳定，不排除是在测量的过程中存在某种干扰的因素。Ni2+离子A段去除情况较为稳定，也达到了51%。在B段进水中重金属含量较低，但去除率却有所下降，这比较难于释。
表3有机物和重金属的截留
3.1.2 AB工艺试验场A段B段活性污泥截留重金属情况的相关实验的结果与分析
AB工艺试验场在稳定运行一个月后，开始每周从A段A沉池和B二沉池取一次剩余污泥，测定结果如表3所示。结果显示，AB工艺试验场在以上的工艺条件下，A段曝气池活性污泥确实有效地截留了大部分重金属元素，大大降低了B段曝气池中活性污泥中重金属的含量；其中，B段剩余污泥中Cu元素的含量测量五次全部达到农用污泥标准(GB4284-84 1984-05-18实施 酸性土壤控制标准)，并大大低于中碱性土壤农用控制标准。
Zn元素虽然在五次的测量结果中有两次的结果超过污泥农用酸性土壤控制标准，但五次测量的平均值仍低于污泥农用酸性土壤，只是与污泥农用酸性土壤控制标准较为接近，同时也大大低于中碱性土壤农用控制标准。Cd元素的情况和以上元素不太一样，虽然在城市污水中含量较低，但污泥农用控制标准中的控制含量较低，只有5mg/kg(酸性土壤)20mg/kg(中碱性土壤)，在五次的测定结果中，B段剩余污泥中的含量有一次超过了酸性土壤污泥农用控制标准，但基本达到酸性土壤污泥农用控制标准，但仍能达到中碱性土壤污泥农用控制标准。值得注意的是：Cd元素的测量结果无论是A段污泥还是B段污泥均波动较大，可能是在测量中存在某些干扰。
Ni元素的测量结果显示，该元素大部分亦被截留在A段，B段剩余污泥的五次测量结果均低于酸性土壤污泥农用控制标准，也大大低于中碱性土壤农用控制标准。
总体而言，在AB工艺试验场的相关实验显示，在上述条件下，污水中的重金属在A段被有效地取出，B段污泥达到了农用标准。
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表4 AB工艺试验A段B段活性污泥中金属的含量(mg/kg)
3.1.3关于AB工艺的A段运行条件
在本研究的相关试验中发现，要在A段实现重金属离子的去除在广州市污水中重金属浓度较低的情况下，并不需要太高的污泥浓度。但A段对有机物的去除在污泥浓度为250mg/L～4000mg/L之间，去除率随着污泥浓度增加而增加。而要使A段污泥产量降低，又不宜在A段去除过多的有机物，宜选择较低的污泥浓度。但在本试验中发现，污泥浓度过低如250mg/L和500mg/L时，A段污泥沉降性能较差；而污泥浓度在1000mg/L～1500mg/L之间沉降性能好转，达到去除重金属离子的良好效率，又不过多截留污水中的有机物。同时，在曝气量方面，在A段不宜采用过大曝气量，溶解氧浓度控制在0.5mg/L为宜，以免影响对重金属的去除。
3.2 结论
综合本次研究的一系列实验结果，在适当控制AB工艺相关参数条件下，利用A段活性污泥去除大部分重金属，降低B段产泥中重金属含量，达到农业控制标准的设想是切实可行的。这样，A段产泥进行独立处理，如填埋等，B段污泥进行农业利用，大大减少了重金属含量超标的污泥处理量，降低了污泥的处理成本，又实现了B段污泥的资源化利用。
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