AB工藝實(shí)現(xiàn)污泥重金屬減量利用
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?gòu)亩档虰段污泥中重金屬含量，使其達(dá)到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的可行性。為使A段在去除大部分重金屬的同時(shí)產(chǎn)生的有毒有害污泥產(chǎn)量盡量降低，對(duì)AB運(yùn)行控制參數(shù)進(jìn)行了如何優(yōu)化等相應(yīng)的探討。本研究還利用小型污水處理實(shí)試驗(yàn)場(chǎng)，模擬地研究了AB工藝A段中重金屬的去除情況，結(jié)果表明在AB工藝中既可實(shí)現(xiàn)A段吸附大部分的重金屬，又可使大部分有機(jī)物進(jìn)入B段處理，從而實(shí)現(xiàn)重金屬超標(biāo)污泥減量處理，使B段污泥達(dá)到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到減量化處理的目的。
關(guān)鍵詞：AB工藝 污泥 重金屬 去除
前言
1.1 AB工藝?yán)肁段去除重金屬的意義
隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。而人們環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)和對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高必然使越來(lái)越多的廢水需要處理。
從全國(guó)廢水排放情況可以看出，我國(guó)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(huì)產(chǎn)生大量的污泥，一般污泥產(chǎn)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(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機(jī)物、豐富的氦、磷等營(yíng)養(yǎng)物以及一些植物生長(zhǎng)所需的微量元素，其施于土壤中能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，使作物生長(zhǎng)良好，增加產(chǎn)量。
污泥農(nóng)用是一種積極的資源化的污泥處理方式。 近十幾年來(lái)，我國(guó)專家對(duì)城市污泥的農(nóng)用及其資源化進(jìn)行了一定的研究 ，但在總體上與國(guó)外的研究水平相差較遠(yuǎn)，農(nóng)用實(shí)踐較少，沒(méi)有形成適合我國(guó)國(guó)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(dá)到徹底穩(wěn)定化的效果等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的關(guān)注，并已成為當(dāng)前污泥無(wú)害化和農(nóng)肥化的重要途徑之一。在西方國(guó)家，城市污泥的農(nóng)用已經(jīng)有60—70年的歷史，城市污泥農(nóng)用比例最高的國(guó)家有荷蘭和法國(guó)占55%——60%，其次是丹麥和美國(guó)占45%。污泥農(nóng)用可達(dá)到變害為利、綜合利用的目的。近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)基本國(guó)策的不斷深入人心和落到實(shí)處，城市污水處理系統(tǒng)的普及和深化，城市污水處理廠數(shù)量的日益增多，污泥的產(chǎn)量也將大幅度地增長(zhǎng)。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(guān)部門面臨的重要問(wèn)題。
活性污泥運(yùn)行系統(tǒng)所處理的污水成份復(fù)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(guān)系到污泥本身的處理和農(nóng)用。目前大量城市污泥由于重金屬含量較高而無(wú)法進(jìn)行農(nóng)用。如果在現(xiàn)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(dá)到農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，可大大減少有害污泥的產(chǎn)量。這樣，只要處理A段產(chǎn)生的剩余污泥，B段產(chǎn)生的剩余物可以直接農(nóng)用，既可大大降低污泥的處理費(fèi)用，又可達(dá)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(jiǎn)稱AB工藝，是由德國(guó)亞琛亞大學(xué)B.bohnke教授經(jīng)過(guò)多年研究開發(fā)出來(lái)的，是在常規(guī)活性污泥法和兩段活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的污水處理工藝。目前得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
AB工藝一般不設(shè)初沉池。城市排水管網(wǎng)的污水經(jīng)過(guò)沉砂池沉砂后，直接進(jìn)入污泥有機(jī)率負(fù)荷很高(Ns＝2—6kgBOD5/kgMLSS·d)的A級(jí)曝氣池，來(lái)自原污水中的微生物和A級(jí)回流污泥組成的群體在很短時(shí)間內(nèi)(15—30分鐘)將污水中的懸浮物膠體、有機(jī)物絮凝及吸附，其中部分溶解性有機(jī)污染物被菌體吸收和氧化。正由于此，使得A級(jí)對(duì)SS、BOD5的去除率遠(yuǎn)高于只去除可沉降性懸浮固體的初沉池。一般對(duì)SS的去除率為80%，BOD5的去除率為40%。
污水經(jīng)過(guò)A級(jí)處理系統(tǒng)，能去除一部分BOD5，調(diào)節(jié)后再進(jìn)入B級(jí)曝氣池，減輕了B級(jí)活性污泥的污染物負(fù)荷，同時(shí)穩(wěn)定了B級(jí)進(jìn)水水質(zhì)，從而保證了B級(jí)微生物凈化水質(zhì)的效果。一般B級(jí)污泥負(fù)荷較低(Ns＝0.15——0.3kg BOD5/kgMLSS·d)，停留時(shí)間為2——5小時(shí)。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：
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圖1 廣州市獵德污水處理廠工藝流程
2實(shí)驗(yàn)材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
2.1.1 儀器和設(shè)備
本研究中的主要儀器設(shè)備如下：
（1）日處理量為100噸的AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)
（2） LD4-2A離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠
（3） OPTIMA4100 等離子體發(fā)射關(guān)儀 美國(guó)PE公司
2.1.2 供研究污泥的來(lái)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。
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表1 獵德污水處理廠污泥的主要成分
2.2 實(shí)驗(yàn)方法
利用日處理量為100噸的AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)，按照振蕩條件和曝氣條件下取得的試驗(yàn)結(jié)論，調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，研究其對(duì)A段和B段實(shí)際對(duì)重金屬離子的截留情況，在平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)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(shù)條件下，B段污泥能否達(dá)到污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，處理水質(zhì)能否達(dá)到二級(jí)處理排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)
2.3.1 AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)在實(shí)際運(yùn)行條件下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)
利用AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)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(yàn)場(chǎng)的工藝流程如圖2-3所示，相關(guān)工藝參數(shù)如表2-7中所列舉。取用大坦沙污水處理廠二沉池污泥進(jìn)行馴化試驗(yàn)。在開始時(shí)，A曝氣池和B曝氣池污泥濃度MLSS均為約2000-3000mg/L,進(jìn)水為4.2M3/h,但由于入水水質(zhì)CODCr和BOD5均較低，B段曝氣池污泥生長(zhǎng)不是很理想，出水水質(zhì)難與穩(wěn)定，后來(lái)調(diào)節(jié)了污泥濃度，大幅度調(diào)低A曝氣池的污泥濃度至約500mg/l,但運(yùn)行一段時(shí)間后，雖然，B段曝氣池運(yùn)行較為正常，但發(fā)現(xiàn)A段曝氣池污泥沉降性能較差，又將A段污泥濃度調(diào)解為1000mg/l,七天后出水水質(zhì)水質(zhì)基本穩(wěn)定，A段曝氣池和B段曝氣池運(yùn)行較為正常,進(jìn)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(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果，將A段曝氣調(diào)節(jié)為0.5mg/L, 污泥濃度調(diào)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(yàn)場(chǎng)的主要構(gòu)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(jìn)水量Q=4.2m3/h B段：進(jìn)水量Q=4.2m3/h
曝氣時(shí)間為T=33min 曝氣時(shí)間為T=3.7h
溶解氧DO=0.5mg/L 溶解氧DO=2.0-4.0mg/L
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圖2 試驗(yàn)場(chǎng)的工藝流程示意圖
2.3.2 A段和B段所產(chǎn)污泥的收集。
在AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)出水水質(zhì)穩(wěn)定后，持續(xù)運(yùn)行了兩個(gè)月，從第二個(gè)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(jìn)行離心，然后將其自然風(fēng)干，研磨后過(guò)100目篩，進(jìn)行消解后采用等離子發(fā)射光譜法測(cè)定其中重金屬含量。
3結(jié)果與分析
3.1 AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)中試條件下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1.1 AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)水質(zhì)處理效果試驗(yàn)結(jié)果與分析
將A段曝氣調(diào)節(jié)為0.5mg/L, 污泥濃度調(diào)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(shù)據(jù)如下表2所示。從表2可以看出，AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)的污水處理運(yùn)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(dá)到87.6%，Zn2+離子的去除率也達(dá)到了78.7%，Cd2+離子的A段去除情達(dá)到92.67%，但測(cè)量數(shù)據(jù)較不穩(wěn)定，不排除是在測(cè)量的過(guò)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(dá)到了51%。在B段進(jìn)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(jī)物和重金屬的截留
3.1.2 AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)A段B段活性污泥截留重金屬情況的相關(guān)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)在穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)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(cè)定結(jié)果如表3所示。結(jié)果顯示，AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)在以上的工藝條件下，A段曝氣池活性污泥確實(shí)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(cè)量五次全部達(dá)到農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)(GB4284-84 1984-05-18實(shí)施 酸性土壤控制標(biāo)準(zhǔn))，并大大低于中堿性土壤農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。
Zn元素雖然在五次的測(cè)量結(jié)果中有兩次的結(jié)果超過(guò)污泥農(nóng)用酸性土壤控制標(biāo)準(zhǔn)，但五次測(cè)量的平均值仍低于污泥農(nóng)用酸性土壤，只是與污泥農(nóng)用酸性土壤控制標(biāo)準(zhǔn)較為接近，同時(shí)也大大低于中堿性土壤農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。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(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定結(jié)果中，B段剩余污泥中的含量有一次超過(guò)了酸性土壤污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，但基本達(dá)到酸性土壤污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，但仍能達(dá)到中堿性土壤污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是：Cd元素的測(cè)量結(jié)果無(wú)論是A段污泥還是B段污泥均波動(dòng)較大，可能是在測(cè)量中存在某些干擾。
Ni元素的測(cè)量結(jié)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(cè)量結(jié)果均低于酸性土壤污泥農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，也大大低于中堿性土壤農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。
總體而言，在AB工藝試驗(yàn)場(chǎng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(dá)到了農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。
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表4 AB工藝試驗(yàn)A段B段活性污泥中金屬的含量(mg/kg)
3.1.3關(guān)于AB工藝的A段運(yùn)行條件
在本研究的相關(guān)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，要在A段實(shí)現(xiàn)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(duì)有機(jī)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(chǎn)量降低，又不宜在A段去除過(guò)多的有機(jī)物，宜選擇較低的污泥濃度。但在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，污泥濃度過(guò)低如250mg/L和500mg/L時(shí)，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(zhuǎn)，達(dá)到去除重金屬離子的良好效率，又不過(guò)多截留污水中的有機(jī)物。同時(shí)，在曝氣量方面，在A段不宜采用過(guò)大曝氣量，溶解氧濃度控制在0.5mg/L為宜，以免影響對(duì)重金屬的去除。
3.2 結(jié)論
綜合本次研究的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在適當(dāng)控制AB工藝相關(guān)參數(shù)條件下，利用A段活性污泥去除大部分重金屬，降低B段產(chǎn)泥中重金屬含量，達(dá)到農(nóng)業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想是切實(shí)可行的。這樣，A段產(chǎn)泥進(jìn)行獨(dú)立處理，如填埋等，B段污泥進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用，大大減少了重金屬含量超標(biāo)的污泥處理量，降低了污泥的處理成本，又實(shí)現(xiàn)了B段污泥的資源化利用。
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