活性污泥改性及其在废水处理中的应用

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国家自然科学基金项目 （J#J#$#!!） #基金项目：
丛毛 单 胞 菌 属 （ -5>2,>5,2; ） 固氮菌属 （ (U57562:7=8） （优势菌） 产碱杆菌属 （ (?:2?+@=,=; ） （ 较 浮游球衣菌 （ VA<2=87+?1; ,272,;） 多） （少量） 微球菌属 （3+:85:5::1;） （较多） 棒状杆菌属 （ -580,=62:7=8+1>） 黄杆菌属 （X?2C562:7=8+1>） 无色杆菌属 （ (:<85>562:7=8） 芽孢杆菌属 （ T2:+??1;） 微丝菌属 （3+:857<8+W） （少量） 大肠埃希氏菌 （ N;:<=8+:<+2 :5?+） 产气杆菌属 （ (=8562:7=8） 诺卡氏菌属 （ )5:289+2） 节杆菌属 （ (87<8562:7=8） 螺菌属 （VA+8+??1>） 酵母菌 （ &=2;7）
［!!］ ［!.］ 活性炭 。任爱玲等人 以城市污水厂污泥为基本原料，
活性污泥絮体物理特性的影响， 研究结果表明静电场对污泥 颗粒的#电位有明显的降低作用， 随着静电场电流的增加， 污泥颗粒的#电位降低， 电流 !’’ 1< 为稳定转化点， 当电流 为 !’’ 1< 时， 生物絮体的物理特性最佳。杨峰等人研究了 高压静电处理水对活性污泥耗氧速率的影响， 发现在经过一 定时间高压静电处理后的缓冲液中， 活性污泥降解有机物的 能力可提高 .’/ 以上。静电改性方法投资费用低， 处理效 果好， 但是设备复杂， 运行费用较高。 !&#&$ 超声波处理 超声波是频率超过 .’ E#F 的声波， 具有强烈的生物学 作用， 几乎所有的细菌体都能被超声波破坏， 只是敏感程度 各有不同。超声波技术最初用于污泥减量化处理， 随着技术 的发展， 人们开始研究其在废水处理中的作用。胡学伟等
还有其他的革兰氏阴性菌和阳性菌。迪亚斯 （ R+2;） 等 P#Q ， 确证活性污泥的微生物种群如表 " 所示。
表<
［>］ 构成正常活性污泥的主要微生物
活性污泥法 "H"% 年在英国曼彻斯特市试验成功， 最初 用于处理城市的污水。随着科技的进步和社会发展的需要， 活性污泥应用领域已经向多个方向拓展， 从城市污水到工业
特殊， 是一个复杂的微生态体系。而活性污泥结构和功能的 中心是能起絮凝作用的细菌形成的细菌团块， 即菌胶团， 菌 胶团有类似于水处理工程中混凝剂的作用。活性污泥处理 低浓度废水时， 主要利用污泥中的微生物吸收和分解水中溶 解性污染物， 一部分营养 构 建 自 身 细 胞， 一部分被氧化成 -LM 和 .M L。活性污泥在处理低浓度重金属废水时，主要利 用胞外多聚物 （ N-O） 的吸附和包裹。但对于较难处理的高 浓度废水， 如含萘或吡啶的焦化废水， 含杂环类的农药废水 等，往往不能获得较理想的处理效果。此类有机物一方面 难降解，另一方面对微生物有毒害作用。所以， 对活性污泥 进行改性以提高其耐受有毒有害物质的能力非常必要。除 此之外，改性往往可以使处理效果更佳。本文介绍了常见 的活性污泥改性方法， 并比较了改性污泥对废水的处理效 果， 旨在为进一步完善现有污泥改性方法， 提供一些新思路。 活性污泥组成 生物组成 活性污泥中富含多种微生物， 包括菌胶团细菌， 以及在 其上生长的其他微生物， 如酵母菌、 霉菌、 放线菌、 藻类、 原生 动物和某些微型后生动物 （轮虫及线虫等） 。活性污泥的主 体菌属是革兰氏阴性菌， 如 动 胶 菌 属 和 丛 单 胞 菌 属， 可占
［.’］ 通过简单的磁分离回收， 反复利用。孙水裕等人 用磁粉
活性污泥法净化处理餐饮废水， 与普通活性污泥法平行试 验， 结果表明， 磁粉强化活性污泥法适宜的磁粉加入量为 +’’ 磁粉粒度 D ! " 12 3 6， 1， )-4BC去除率和出水透光率都优于普 通活性污泥法， 活性污泥絮体结构和沉降性能明显改善， 但 是在处理过程中磁粉易流失。 !&#&! 静电处理 静电处理技术常用于改善活性污泥絮体的物理特性， 以 提高活性污泥的沉降性和脱水性， 静电处理技术可分为低压
-J .P )LM 。日本学者高桥俊三提出活性污泥具有酸性，并 认
万方数据
・.・
为这种酸性是由于细菌细胞壁表面覆盖的荚膜中所含物质 所致。荚膜是细胞分泌物及排泄物所形成的 ! 层松散的黏 液性物质， 以前人们认为这种物质主要为黏多糖式多肽， 最 近也有人认为是以聚! 羟基丁酸 （"#$） 为主体。 活性污泥特殊的化学组成为其物理和化学改性提供了 理论基础。 ! 活性污泥改性及其应用 根据活性污泥改性的手段， 将活性污泥改性方法分为化 学、 物理、 生物 % 类。 !&" !&"&" 化学改性 臭氧改性 臭氧是一种很强的氧化剂， 反应过程中无二次污染物。
［$］ 柳树芬等 用化学分析、 红外光谱及热天平分析了活性
污泥的化学组成及有关的特性。研究表明， 活性污泥中含有 以脂肪性结构为主， 含有丰富的官能 -、 .、 L、 )、 V、 O 等元素， 团， 如 ).M 、 ).、 L.、 - Y L、 - Y - 或芳环双键、 -.% 、
［H］ 将污泥中活性生物黏绒体的分子式表示为 -.M 等。有人
［..］ 人 研究了超声波与污泥联合处理氨氮废水技术， 效果良
氯化 锌 为 活 化 剂 制 备 污 泥 活 性 炭， 用 其 处 理 )-4 为 色度 .*’ 的制药废水， 色度 . 5’’ 12 3 6、 )-4 去除率 7 8+/ 、 去除率 7 8’/ 。杨丽君等人以污水处理厂产生的污泥为原 料， 采用微波辐照磷酸活化的方法制备污泥活性炭， 制得的 污泥炭碘值为 *!+ & 5 12 3 6， 产率为 5%/ ， 用其处理 9,9 废 水， 取得了良好的效果。以生化污泥为原料
［!%］
， 采用化学活
化法制取含碳吸附剂处理电泳漆废水， 获得了较好的效果。 但是受污泥活性炭中重金属的影响， 其应用场合有限。 !&"&! 酸改性 不同的微生物要求不同的 (# 值， 如氧化硫硫杆菌和极 端嗜酸菌需在酸性环境中生活， 其最适 (# 为 %。酸性环境 中存在大量的 # ， 对特定物质的吸附量有影响。范越阳等
［" I J］ 废水 ， 从低浓度废水到高浓度废水， 从印染废水到重金 ［K］ 属废水 等等。活性污泥法的处理核心是活性污泥， 其组成
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细菌名称
细菌名称 短杆菌属 （ T8=C+62:7=8+1>）
动胶团属 （S55@?5=2） （优势菌）
［!*， !>］ 可以增强其吸附作用， 此法亦称作 "<)9 法 ， !?+. 年由 ［!+］ 美国杜邦公司开发成功 ， 最初用于美国弗吉尼亚州某工
［!’］ 臭氧处理有助于 活性污泥的生物降解， 在此基础上， 有人
于含有毒、 难降解物质较多、 水质水量波动大的废水处理， 如
［!8］ 印染废水、 焦化废水、 炼油废水、 高氨氮废水等 。但由于
再生问题等原因， 在废水方面的应用受到一定 "<) 价格高、 限制。 !&#&# 投加磁粉 （磁粉活性污泥法）
M##K 年第 %M 卷第 ! 期 (A8+? M##K
工业安全与环保 /,91;78+2? V2B=70 2,9 N,C+85,>=,72? O857=:7+5,
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< 引言 = =G<
"
!!!!!" 污水处理 "
活性污泥改性及其在废水处理中的应用 #
袁林 柴立元 闵小波
长沙 !"##$%） （中南大学冶金科学与工程学院环境工程系
:
好。但是技术尚处于研发阶段， 未见有成功的实例。 !&#&% 紫外辐射处理
［.%］ 高强度辐射影响微生物个体的生存 ， 一般的紫外线、
人
［!5］
研究了活性污泥对染料的吸附量与 (# 值的关系， 结果
表明： 当 (# 值降到 5 & + 左右时， 活性污泥对活性艳红 ; %$ 的吸附量迅速增大； 降到 % & ’ 附近以后， 虽然吸附量继续随 但变化已经不大。 (# 值降低而增加， !&# !&#&" 物理改性 投加粉末活性炭 粉末活性炭 （"<)） 是一种优良的吸附剂， 将其投入活性 污泥中， 构成 ［"<) : <= （ 活性污泥） ］ 复合系统， 不仅可以改 善污泥絮体的沉降性能， 提高系统的抗冲击负荷能力， 而且
［!?］ 磁粉活性污泥法 （@"<=） 是在活性污泥中投加适量磁
性粉末 （@A% -5） 的生物处理工艺， 实验表明， 磁性粉末的投加 可使污泥絮体结构紧密， 沉降分离效果好， 克服污泥膨胀； 去 除 )-4BC和氨氮的效率及承受毒物的浓度都不同程度优于普 通活性污泥法； 大幅度提高曝气池中活性污泥浓度， 从而增 大单位容积的处理能力； 使设备小型化， 节省投资。 @A% -5 可
构成正常活性菏泥的主要微生物细菌名称细菌名称动胶团属zooloea优势菌短杆菌属brevibactefium丛毛单胞菌属comanmonas固氮菌属azotobacter优势菌产碱杆菌属alcaligenes较浮游球衣菌sphaeailusnalans多少量傲球菌属micrococcns较多微丝菌属microthrix少量棒状杆菌属corynebaetefium大肠埃希氏菌escherichiacdi黄杆菌属flavobactefium产气杆菌属aembacr无色杆菌属achromobactex诺卡氏菌属nocardia芽孢杆菌属bacillus节杆菌属arthrobacter假单胞菌属pseudomonas较螺菌属spirillum亚硝化单胞菌属nitromonns酵母菌yeast构成活性污泥的微生物种群相对稳定但当营养条件废水种类化学组成浓度温度供氧ph值等环境条件改变
&’() *+, !92#6&"# -.(/ *+ 012, 3/) 4+25 65 93.)0;3. !"##$%） （ !"#$ % &’ ()*+,&)-")$./ ()0+)"",+)0 ， 123&&/ &’ 4"$.//5,0+2./ 12+")2" 6 7"23)&/&08 ， 9")$,./ 1&5$3 :)+*",;+$8
［.!］ 静电和高压静电 . 种技术。詹健等人 研究了低压静电对
开发了一种新型的无剩余污泥的活性污泥法， 并将其应用于 造纸厂废水的处理， 实现了污泥零排放。消除剩余污泥的重 要条件是返回到曝气槽臭氧处理的污泥量以及控制 (# 值 以减少臭氧用量。但是臭氧生成困难， 价格较贵。 !&"&# 高温改性 剩余活性污泥中含有较多的碳 （活性污泥的组成可用分 子式 )* #+ ,-. 表示， 理论含碳量 *%/ ） ， 客观上具备了制备活 性炭的条件， 污泥炭化方式除了传统的高温炭化外， 也有用 工业废弃的硫酸来催化炭的。受污泥含碳量的限制， 污泥活 性炭的质量低于传统活性炭， 其碘值为 !++ 0 +’’ 12 3 2， 但用 其处理有机废水时， )-4 吸附容量和吸附平衡时间优于商品
摘
要
介绍了活性污泥的生物、 化学组成， 以及活性污泥改性方法， 阐述了现有方法的研究现状及优缺点， 比较了各 活性污泥 改性 化学 物理 生物
种活性污泥在废水处理中的应用效果， 分析结果认为活性污泥改性对废水处理具有广阔的应用前景。 关键词
!"#$%&#’( )*+(,’ -.($/$"&#$.0 &0( 1#2 !33*$"&#$.0 $0 4&2#’5&#’6 76’&#8’0#
假单胞 菌 属 （ O;=195>5,2;） （较 多） 亚硝化单胞菌属 （ )+785>5,2;）
构成活性污泥的微生物种群相对稳定， 但当营养条件 （废水种类、 化学组成、 浓度） 、 温度、 供氧、 A. 值等环境条件 改变， 会导致主要细菌种群 （优势菌） 改变。这为活性污泥的 原位生物改性、 化学及物理改性均提供了理论基础。 =G= 化学组成