聚合氯化鋁的投加對(duì)活性污泥性質(zhì)的影響

文_張潔 上海友聯(lián)竹園第一污水處理投資發(fā)展有限公司

目前，污水處理廠廣泛使用PAC作為混凝劑同步化學(xué)除磷，PAC和污水中污染物進(jìn)行反應(yīng)后后，殘余量會(huì)隨著回流重新進(jìn)入生物池，導(dǎo)致PAC在生物池中的積累，產(chǎn)生一定濃度殘留鋁，可能對(duì)生物池中活性污泥中的微生物性性能造成影響，從而影響污水的生化處理效果，且水中殘余鋁含量較高時(shí)排放會(huì)對(duì)水體造成一定危害。

本文以上海某大型市政污水處理廠生物池末端污水和PAC藥劑為研究對(duì)象，探究不同PAC投加量對(duì)污水中殘留鋁濃度的影響，及其對(duì)活性污泥中微生物的影響，為污水處理廠生物處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容

1.1 工程概況

上海某大型市政污水處理廠提標(biāo)改造后設(shè)計(jì)處理規(guī)模為110萬(wàn)m3/d，處理工藝流程如圖1所示，出水各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 工藝流程圖

該污水廠提標(biāo)改造后出水 TP 執(zhí)行一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)，僅靠生物除磷法難以得到滿意的除磷效果，同時(shí)考慮到磷的釋放問(wèn)題，不能單純依靠生物法除磷，因此結(jié)合工程實(shí)際，考慮采用外加化學(xué)混凝劑聚合氯化鋁（PAC）來(lái)強(qiáng)化除磷效果，以保證出水TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該廠根據(jù)實(shí)際情況在生物池出水端投加PAC以達(dá)到化學(xué)除磷的目的。但PAC和污水中污染物進(jìn)行反應(yīng)后后，殘余量會(huì)隨著回流重新進(jìn)入生物池，導(dǎo)致PAC在生物池中的積累，可能對(duì)生物池中活性污泥中的微生物造成影響，從而直接影響水處理效果，且水中殘余鋁含量較高時(shí)排放會(huì)對(duì)水體造成一定危害。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水樣來(lái)源

試驗(yàn)污水取自竹園一廠8#生物池末端，PAC加藥前的泥水混合體，每日早9：30定時(shí)采樣。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

取500mL泥水混合樣于定時(shí)攪拌容器中，分別加入0、20、40、60、80、100、120mg/L 的 PAC（含 10%Al2O3），模擬PAC在活性污泥系統(tǒng)中的累積，分別在轉(zhuǎn)速300r/min下攪拌1min、150r/min攪拌5min，80r/min攪拌10min，最后沉淀20min。

1.2.2.1 PAC投加對(duì)活性污泥中微生物菌群種類的影響

取適量沉淀后的污泥于載玻片上，用顯微鏡觀察不同PAC投加量下活性污泥中微生物的類型和數(shù)量。

1.2.2.2 PAC投加對(duì)活性污泥中菌種數(shù)量的影響

取適量反應(yīng)后的混合液，通過(guò)測(cè)定樣的MLSS和MLVSS來(lái)宏觀表征活性污泥中微生物的量，并用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定不同PAC濃度下污泥中的細(xì)菌總數(shù)。

1.2.2.3 PAC投加對(duì)水中殘留鋁的影響

取沉淀后的上清液，分別測(cè)定不同PAC投加量下樣品中鋁離子的含量。

1.3 分析方法

1.3.1 微生物數(shù)量測(cè)定

MLSS為混合液懸浮固體，表示曝氣池混合液體活性污泥的濃度；MLVSS為混合液揮發(fā)性懸浮固體，指混合液懸浮固體中的有機(jī)物量。MLSS和MLVSS都是代表活性污泥性能的指標(biāo)，宏觀上可以用MLSS、MLVSS來(lái)表示活性污泥中微生物的含量。

1.3.2 細(xì)菌總數(shù)測(cè)定

細(xì)菌總數(shù)測(cè)定是一項(xiàng)很重要的微生物指標(biāo),它是測(cè)定水樣和沉淀污泥中好氧菌和兼性厭氧菌密度的方法。本研究使用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定活性污泥中的細(xì)菌總數(shù)。

1.3.3 殘留鋁的測(cè)定

本研究采用逐時(shí)絡(luò)合比色法分析反應(yīng)后上清液中鋁的濃度。Ferron俗稱試鐵靈，Al（III）單體與Ferron試劑在pH約為5的條件下反應(yīng)生成Al-Ferron絡(luò)合物，在波長(zhǎng)370nm處有最大吸收值，由此可測(cè)得單體態(tài)鋁量。

1.3.3.1 試劑的配置

分別配制Al標(biāo)準(zhǔn)溶液以及Ferron試劑。

1.3.3.2 Al-Ferron標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

圖2中曲線的線性方程為Y=4.7792X-0.0361，式中Y為殘留鋁濃度，單位為mg/L，相關(guān)系數(shù)r=0.9992。

圖2 Al-Ferron標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.3.3.3 水樣中鋁的測(cè)定

取水樣于比色管中，加入濃硝酸充分震蕩混勻，消解1h，調(diào)節(jié)溶液pH為5.2左右，移取Ferron試劑于比色管，以空白溶液作參比，在360nm處測(cè)其吸光度。為了減少Al（III）水解形態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，從投加Ferron試劑到測(cè)定吸光度用時(shí)應(yīng)控制在1min。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合氯化鋁的投加對(duì)活性污泥中微生物種類的影響

取反應(yīng)后混合液，搖勻后利用吸管吸取適量生物絮體進(jìn)行顯微鏡觀察。結(jié)果表明，不同PAC投加量下的污泥均表現(xiàn)出豐富的生物相，微生物種類比較豐富，含有粗袋鞭蟲、鐘蟲、輪蟲、累枝蟲、表殼蟲、變形蟲等，這些微生物對(duì)環(huán)境要求較高。微生物在活性污泥系統(tǒng)中具有指示作用，當(dāng)出現(xiàn)鐘形屬，累枝蟲屬等原生動(dòng)物及輪蟲類后生動(dòng)物時(shí)，說(shuō)明活性污泥性能良好，污水處理效果好，活性污泥系統(tǒng)微生物菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生物活性較好。這表明，PAC在活性污泥系統(tǒng)中的累積對(duì)微生物菌群的種類沒(méi)有明顯的影響。

2.2 聚合氯化鋁的投加對(duì)活性污泥菌種數(shù)量的影響

2.2.1 聚合氯化鋁的投加對(duì)活性污泥濃度的影響

MLSS和MLVSS可用來(lái)宏觀表征活性污泥中的微生物量，本研究PAC投加量從20～120mg/L，MLSS和MLVSS的濃度隨PAC投加量的變化如圖3和圖4所示。結(jié)果表明，隨著PAC投加量的增加，MLSS和MLVSS濃度都呈下降趨勢(shì)，當(dāng)PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L時(shí)，MLSS濃度從4.21g/L下降到3.35g/L，MLVSS從2.37g/L下降到2.21g/L。這可能是因?yàn)檫^(guò)量的PAC會(huì)使膠核表明吸附過(guò)量的正離子，原來(lái)水中帶負(fù)電荷的膠體變成帶正電荷的膠體，使膠體重新穩(wěn)定，使污水中的膠體顆粒從污泥轉(zhuǎn)移到液相中，造成污泥中懸浮固體濃度降低。

圖3 PAC投加量對(duì)MLSS濃度的影響

圖4 PAC投加量對(duì)MLVSS濃度的影響

2.2.2 聚合氯化鋁的投加對(duì)活性污泥細(xì)菌總數(shù)的影響

本研究使用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定活性污泥中的細(xì)菌總數(shù)隨PAC投加量的變化情況，圖5為單位體積活性污泥中細(xì)菌數(shù)隨PAC投加量的變化規(guī)律。如圖所示，隨著PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L，單位體積活性污泥中細(xì)菌總數(shù)從7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL，說(shuō)明在不考慮活性污泥生產(chǎn)繁殖速率的條件下，PAC過(guò)量投加對(duì)活性污泥中的細(xì)菌數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。這與上述MLSS和MLVSS的分析結(jié)果一致。

圖5 PAC的投加對(duì)細(xì)菌總數(shù)的影響

2.3 聚合氯化鋁的投加對(duì)殘留鋁含量的影響

本研究使用Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法測(cè)定反應(yīng)后上清液中殘留鋁的濃度，圖6所示為混合液反應(yīng)后上清液鋁濃度隨PAC投加量的變化曲線，如圖所示，隨著PAC投加量的增加，殘留鋁的濃度也隨之增大。PAC投加量從20增加到100mg/L時(shí)，殘留鋁濃度從0.56升高到1.31mg/L，但當(dāng)PAC＞100mg/L后，鋁的殘留量增大速率變大，對(duì)活性污泥的影響增大。且PAC投加量在60mg/L以下時(shí)，液相中的殘留鋁濃度很低，98%及以上的鋁都轉(zhuǎn)移到了污泥中排出，不會(huì)對(duì)活性污泥中的菌種產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性作用。

圖6 PAC投加量對(duì)殘留鋁濃度的影響

3 結(jié)語(yǔ)

本研究利用不同PAC投加量模擬PAC在活性污泥中的累積，研究其對(duì)活性污泥菌種種類和數(shù)量的影響。通過(guò)顯微鏡觀察對(duì)活性污泥中的微生物種類進(jìn)行研究，同時(shí)通過(guò)測(cè)定污泥MLSS和MLVSS和利用平板計(jì)數(shù)法分析活性污泥中微生物含量和細(xì)菌總數(shù)。本研究結(jié)論如下：

①顯微鏡觀察結(jié)果表明，不同PAC投加量下的污泥均表現(xiàn)出豐富的生物相，含有大量微生物，說(shuō)明活性污泥性能良好，污水處理效果好，活性污泥系統(tǒng)微生物菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，生物活性較好。這表明，PAC在活性污泥系統(tǒng)中的累積對(duì)微生物菌群的種類沒(méi)有明顯的影響。

②MLSS和MLVSS測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L時(shí)，MLSS濃度從4.21g/L下降到3.35g/L，MLVSS從2.37g/L下降到2.21g/L。這表明，在不考慮活性污泥生長(zhǎng)繁殖的條件下，PAC的累積對(duì)活性污泥中的微生物量產(chǎn)生一定的影響。

③平板計(jì)數(shù)結(jié)果表明，隨著PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L，單位體積活性污泥中細(xì)菌總數(shù)從7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL。這表明，在不考慮活性污泥生產(chǎn)繁殖速率的條件下，PAC過(guò)量投加對(duì)活性污泥中的細(xì)菌數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。

④Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法測(cè)定結(jié)果表明，隨著PAC投加量的增加，殘留鋁的濃度也隨之增加。當(dāng)PAC＞100mg/L后，鋁的殘留量增大速率變大，對(duì)活性污泥的影響增大；而PAC投加量在60mg/L以下時(shí)，液相中的殘留鋁濃度很低，98%及以上的鋁都轉(zhuǎn)移到了污泥中排出，不會(huì)對(duì)活性污泥中的菌種產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性作用。