BAF反冲洗污泥的特性及絮凝效能

中国给水排水
2004Vol.20 CHI NA W ATER&W ASTEW ATER No.9
论述与研究
BAF反冲洗污泥的特性及絮凝效能
邱立平1,2,　马　军3,　张立昕2,　王领全4
(1.哈尔滨工业大学环保科技公司博士后工作站,黑龙江哈尔滨150090; 2.济南大
学土木建筑学院,山东济南250022; 3.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江
哈尔滨150090; 4.天津大学环境科学与工程学院,天津300072)
摘　要:　曝气生物滤池(BAF)反冲洗污泥的处理是影响其工程应用的技术难题之一,为此考察了BAF反冲洗污泥的沉降特性及絮凝性能,系统分析了其在生物—化学强化混凝处理生活污水时的效能及二次污泥的特性。

研究结果表明,BAF反冲洗污泥具有较强的生物活性和絮凝活性,将其与金属盐混凝剂组合预处理生活污水时出水水质满足曝气生物滤池的进水水质要求,而且处理过程中产生的二次污泥具有较好的沉降及脱水性能。

关键词:　曝气生物滤池;　反冲洗污泥;　生物絮凝;　强化预处理
中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2004)09-0001-04
Characteristics of B ackw ashing Sludge from Biological Aerated
Filter(BAF)and Its Flocculation E fficiency
QI U Li2ping1,2,　MA Jun3,　ZHANGLi2xin2,　WANGLing2quan4
(1.Postdoctoral Programme,Harbin Institute o f Technology,Harbin150090,China;2.School o f
Civil Engineering,Jinan Univer sity,Jinan250022,China;3.School o f Municipal and Environmental
Engineering,Harbin Institute o f Technology,Harbin150090,China;4.School o f Environmental
Science and Engineering,Tianjin Univer sity,Tianjin300072,China)
Abstract:　Backwashing sludge treatment from biological aerated filter(BAF)was one of the technical troubles that in fluence the engineering application,and then investigation was made on the settling and bio2floc2 culation performance of BAF backwashing sludge,and systematic analysis was carried out for its efficiency in bio2chemically enhanced coagulation treatment of domestic sewage and characteristics of secondary sludge.The results show that the backwashing sludge has great bioactivity and flocculation ability.When the combined backwashing sludge and metal salt coagulant is used for pretreatment of domestic sewage,the effluent quality is suitable for use as in fluent of BAF,and the secondary sludge produced in treatment process has g ood settling and dewatering performance.
K ey w ords:　BAF;　backwashing sludge;　bio2flocculation;　enhanced pretreatment
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59825106);　济南大学博士启动资金资助项目(B0303);　济南大学科技基金资助项目(y0417)
曝气生物滤池(BAF)反冲洗污泥的处理是影响其工程应用的技术难题之一,但近年来的研究多集中于处理效能和工艺的组合上[1],对这方面的研究则一直未见报道。

笔者系统地研究了BAF反冲洗排水中污泥的特性和絮凝效能及其与化学混凝剂组合应用于强化处理生活污水的效能。

1　材料及方法
污泥采用BAF的反冲洗污泥,以混合液(平均污泥浓度为760mg/L)形式投加,并根据污泥混合液的投加量对沉后上清液的测定结果进行校正。

化学混凝剂采用硫酸铝和三氯化铁,均以化学纯试剂配制成1g/L的储备液。

试验期间水温为20～21℃,原水水质见表1。

表1　试验用生活污水水质
T ab.1　D omestic sewage quality
指标数值
C OD(mg/L)199.6～326.7氨氮(mg/L)42.3～46.3总氮(mg/L)48.6～51.2 pH 5.8～7.7
指标数值亚硝态氮(mg/L)0～0.01硝态氮(mg/L) 1.8～5.2总磷(mg/L)5～8
搅拌试验采用DB J—621六联定时变速搅拌机,依次投加化学药剂和污泥,投加时间间隔为5 min。

投入混凝剂后先快速(150r/min)搅拌2min,再慢速(50r/min)搅拌10min,静置30min后虹吸取上清液,按标准方法进行水质指标分析[2]。

试验中采用的反冲洗方式为:先单独气冲2 min,再气水联合反冲洗3min,最后水洗7～8min;气冲强度和水冲强度均为10L/(m2・s)。

2　结果及讨论
211　反冲洗污泥的特性
反冲洗排水(占处理水量的8%～10%)的各项指标值见表2。

表2　反冲洗排水的特性
T ab.2　Characteristics of backwashing effluent 项目M LSS(mg/L)M LVSS(mg/L)S VI(m L/g
)
数值500～1000350～75027～75
由表2可知,BAF反冲洗排水中总固体浓度较高,可挥发性物质所占比例较大,而S VI值则较低。

镜检发现,反冲洗污泥的生物相比较复杂,生物膜呈黄褐色或浅褐色,边缘整齐,粒径较小,原生动物多且比较活跃(甚至有正处于分裂期的个体),有大量丝状菌与菌胶团交织在一起。

反冲排水中微生物的单一种群特性并不明显,说明反冲洗对反应器的各个部分都有扰动,因此反冲洗排水的生物相能够基本反映BAF的整体微生物种群组成及变化状况。

由于反冲洗排水中含有大量活性微生物(生物膜)和相应的代谢底物(有机物和氮、磷等营养物质),加上气冲洗过程的充氧效应,使得反冲洗水在排出滤池后的一段时间内能继续进行好氧生物氧化作用,具有较强的生物活性。

212　反冲洗污泥的生物絮凝效能
近年来,以生物污泥作为絮凝剂的生物强化处理技术得到了广泛重视[3],微生物产生的各种胞外聚合物(EPS)在一定条件下可使大量微生物聚合起来而成为粒度适当、沉降性能良好的生物絮体,该絮体能吸附污水中的有机物质进行代谢,并易于从水中分离。

为了考察BAF反冲洗污泥的生物絮凝效能,利用反冲洗污泥对生活污水进行混凝处理,结果见图1。

图1　反冲洗污泥投量对混凝效果的影响
Fig.1　E ffect of backwashing sludge dosage on
coagulation efficiency
由图1可知,反冲洗污泥对生活污水中的C OD 和SS具有良好的去除效果。

当反冲洗污泥投量为50m L/L时,C OD和SS的去除率分别比自然静沉时提高了25.1%和22.8%,此后再增加污泥投量时C OD和SS的去除率提高幅度不大。

试验中总磷去除率仅比自然静沉时(为19%)提高不到10%,表明生物絮凝对磷的强化去除效果不明显。

生物絮凝除磷主要是通过絮凝和吸附作用去除颗粒磷和少量的溶解磷,因而效率较低。

需要指出的是,50～100m L/L的污泥混合液投加比例恰好与反冲洗水量占处理水量的比例一致,因而在实践中具有很好的可操作性。

213　反冲洗污泥与化学混凝剂的组合效能
对曝气生物滤池进水进行强化预处理的目的在于防止进水悬浮物和有机物负荷过高,以延长过滤
周期,最大程度地发挥BAF的生化处理效能,同时弥补BAF除磷能力的不足。

所以,化学混凝剂的选择要兼顾混凝和化学除磷两方面的需要。

经综合考虑后选用了三氯化铁和硫酸铝作为化学混凝剂,并与反冲洗污泥复配使用。

反冲洗污泥分别与三氯化铁和硫酸铝复配使用的混凝除污效能见表3。

表3　生物—化学强化混凝处理效果
T ab.3　T reatment efficiency of bio2chemically
enhanced coagulation
项目
去除率(%)
C OD3SS3TP3C OD33SS33TP33
铁盐投量(mg/L)051.654.412.054.163.914.0 3073.577.483.474.681.984.1 507488.089.878.288.190.7
铝盐投量(mg/L)048.954.414.551.2759.413.7 3062.575.570.963.776.971.3 5072.886.682.073.985.982.2
　注:　3和33分别表示污泥投量为50、100m L/L。

表3显示,50～100m L/L的反冲洗污泥和30mg/L的铁盐复配可取得良好的预处理效果,对
C OD、SS和TP的去除率分别可达74.6%、81.9%和
84.1%(100m L/L时),出水C OD、SS和TP可分别降到100、80和1mg/L以下,完全满足BAF的进水水质要求。

有研究表明[4],将化学混凝强化处理和生物絮凝强化处理相结合可取长补短,既能保证处理效果稳定可靠,又可显著降低药耗并减小污泥产量,同时产生的反冲洗污泥也得到了充分利用,通过一级半强化预处理和曝气生物滤池生化处理(二级处理)的工艺组合,有望使出水水质达到三级标准。

214　强化预处理污泥的特性
将反冲洗污泥用作生物絮凝剂进行生物—化学强化预处理时将产生一定量的混合污泥,其性质和数量对整个处理系统的基建和运行费用影响较大,所以对生活污水经静沉、生物强化絮凝(投量50 m L/L)、化学强化混凝(投量30mg/L)、生物—化学强化混凝(投加污泥50m L/L、化学混凝剂30mg/L)等处理过程所产污泥的沉降性能和脱水性能进行了对比研究,结果见表4。

表4　污泥的沉降及脱水性能
T ab.4　Settling and dewatering performance of backwashing sludge
处理方式静沉生物强化混凝铁盐混凝铝盐混凝污泥+铁盐污泥+铝盐30min沉降速度较慢慢快快较快较快污泥体积(m L)15～2121～2314～1815～1816～1917～20污泥与污水的体积比(%)9～12.811.5～25 2.4～2.9 2.5～2.9 2.8～3.2 2.85～3.4沉淀污泥含水率(%)97.799.297.697.798.498.6
抽滤后污泥含水率(%)78.678.589.387.275.876.1
由表4可知,污泥的30min沉降速度由快至慢依次为化学强化混凝、生物—化学强化混凝、静沉和生物絮凝,化学混凝和生物—化学混凝过程产生的污泥量低于自然沉降和单纯生物絮凝过程产生的污泥量;化学污泥和生物—化学污泥浓缩60min后的污泥量约为污水体积的2.4%～3.4%,生物—化学污泥在未加任何絮凝剂的情况下,只需30～60min 其体积就可以减少2/3左右,表现出较好的重力浓缩性能。

比较而言,生物—化学污泥具有良好的沉降和浓缩性能,但沉速稍逊于化学污泥。

由表4还可知,处理过程中所产生的各种污泥的含水率都较高,经过15min抽滤处理后化学污泥的含水率依然将近90%,说明其脱水性能较差;而静沉和生物污泥的含水率经抽滤后降至78%左右,说明其脱水性能较好;生物—化学污泥的含水率降到76%左右,其脱水性能不仅优于普通的生物污泥和静沉污泥,更优于化学污泥。

综上所述,生活污水采用生物—化学强化预处理时所产污泥具有较好的沉降和脱水性能,除沉速稍逊于化学强化混凝外,其他指标均优于单纯生物处理和单纯的化学混凝强化处理,在污泥的进一步处理上具有明显的优势。

3　结论
①　曝气生物滤池的反冲洗污泥具有较好的生物絮凝活性,利用该反冲洗污泥混合液作为生物絮凝剂对生活污水进行强化混凝预处理时可以使有机物和悬浮物去除效率比对照组(静沉)提高10%以上,且随其投量的增加而提高,但对总磷的去除效率影响较小。

②　反冲洗污泥与化学混凝剂组合预处理生活污水时可显著提高C OD和悬浮物去除率,处理效果明显优于单纯的生物絮凝和单纯化学强化混凝。

当反冲洗污泥浓度为760mg/L、污泥混合液投加量为
100m L/L、三氯化铁投量为30mg/L时,对生活污水中C OD、SS和TP的去除率分别可达74.6%、81.9%和84.1%,预处理出水C OD、SS和TP可分别降到100、80和1mg/L以下。

③　在化学混凝剂投量不变而反冲洗污泥的投加量由50m L/L增加到100m L/L的情况下,C OD去除率增幅较小。

反冲洗污泥与化学混凝剂的组合使用对总磷的去除效果十分显著,其中铁盐+污泥的强化处理效果明显好于铝盐+污泥,而增加污泥投量对总磷的去除基本不起作用。

④　生物—化学强化预处理过程中产生的污泥具有良好的沉降性能和脱水性能。

参考文献:[1]　马军,邱立平.曝气生物滤池及其研究进展[J].环境
工程,2002,20(3):7-11.
[2]　国家环保局.水和废水监测分析方法(第3版)[M].北
京:中国环境科学出版社,1989.
[3]　师绍琪,袁琳,蒋展鹏,等.生活污水生物絮凝吸附强化
一级处理的研究[J].中国给水排水,1998,14(2):5-7.
[4]　EI2G ohary F A.Physical2chemical2biological treatment of mu2
nicipal wastewater[J].Water Science T echnology,1991,24
(7):285-292.
作者简介:邱立平(1968-　),　男,　辽宁本溪人,　博士,　副教授,　研究方向为污水生物处理
理论与技术、水深度处理与回用技术。

电话:(0531)7115448
E-m ail:lipingqiu@
收稿日期:2004-04-26。