一、前言
目前，AB法在歐洲已經(jīng)得到廣泛應用，到1987年止，已經(jīng)有22家AB法污水處理廠投產(chǎn)，21家在建設和規(guī)劃中。近年來，國內(nèi)有關(guān)單位也對AB法進行了研究，并取得了一些成果，實踐證明該工藝是近代污水處理技術(shù)中的一項新發(fā)展。AB工藝由A級曝氣池、中間沉淀池、B級曝氣池和最終沉淀池組成。AB工藝的主要特征是:
1.A級污泥負荷很高，B級污泥負荷較低。
2.A級和B級的微生物群體特性明顯不同，并通過互不相關(guān)的兩套回流系統(tǒng)嚴格分開。
3.不設一沉池，使A級成為一個開放性的生物動力學系統(tǒng)。
4.A級可以根據(jù)污水組分的不同實行好氧或缺氧運行。
二、AB工藝的運行機理
1.A級對BOD、COD和SS的去除
實際上AB工藝是由城市排水管網(wǎng)和污水處理廠構(gòu)成的處理系統(tǒng)。城市居民連續(xù)不斷地排泄細菌，其中約5-10%的細菌能在好氧/兼性厭氧條件下存活和增殖。在排水管網(wǎng)中發(fā)生細菌的增殖、適應和選擇等生物學過程，使原污水中出現(xiàn)生命力旺盛、能適應原污水環(huán)境的微生物群落。因此，城市污水實質(zhì)上是污染物和微生物群體的共存體。在AB工藝的A級中充分利用了原污水中存在的生物動力學潛力。泰安市污水處理試驗中觀測到的現(xiàn)象表明，A級對BOD和COD的去除不是以細菌的快速增殖降解作用為主，而是以細菌的絮凝吸附作用為主。靜態(tài)試驗表明原污水中存在大量已適應原污水的微生物，這些微生物具有自發(fā)絮凝性。當它們進入A級曝氣池后，在A級內(nèi)原有菌膠團的誘導促進下很快絮凝在一起，絮凝物結(jié)構(gòu)與菌膠團類似，絮凝的同時絮凝物與原有的菌膠團結(jié)合在一起，成為A級污泥的組成部分，并具有較強的吸附能力和極好的沉降性能。被絮凝的微生物量與A級污泥濃度有關(guān)，污泥濃度低于1g/L時，絮凝效果差。與絮凝吸附發(fā)生的同時，微生物出現(xiàn)程度有限的增殖，這種增殖可能與A級污泥的促絮凝作用(或物質(zhì))的產(chǎn)生有關(guān)。根據(jù)泰安市污水處理試驗，進水中以SS形式表達的微生物量按150mg/L計，A級出水微生物量為70mg/L。那么A級中由進水微生物形成的污泥濃度Xi可按下式計算:
Xi=Q△SQ c /V
式中:Q——進水流量；
Q c ——A級的泥齡；
△S——A級截留的微生物量；
V——A級曝氣池體積。
將各項數(shù)據(jù)代入上式:
Xi=4L/h×80mg/L×10h/2L =1600mg/L。
A級的實際污泥濃度為2000mg/L，也就是說A級污泥中進水微生物占80%左右，僅20%左右由增殖作用產(chǎn)生。因此，A級中絮凝去除占A級BOD去除的65%左右，吸附和增殖導致的去除約占35%。增殖作用去除的BOD基本上是溶解性BOD。
2.A級對難降解物質(zhì)的去除
當進水是城市生活污水與工業(yè)廢水的混合水或只是工業(yè)廢水時，污水中往往含有許多難降解物質(zhì)，比如多環(huán)芳香族的化合物、鹵代烴。若完全用好氧方法處理，不僅消耗大量氧氣，而且BOD去除往往達不到所要求的指標。當進水中難降解物質(zhì)含量高時，A級實行缺氧運行，在這種情況下，A級中的一部分微生物能通過厭氧消化和不完全氧化等方式把BOD 5 檢測不出、COD可以檢測出的難降解有機物轉(zhuǎn)化成BOD 5 易檢出的易降解有機物，這種轉(zhuǎn)化在好氧條件下往往難以實現(xiàn)。
3.A級的抗沖擊負荷能力
A級中的微生物群體對有機污染物和毒物的沖擊負荷有顯著的緩沖能力，沖擊負荷停止后A級能很快地恢復正常，因此A級的存在使進水水質(zhì)的變化、污染物和有毒物質(zhì)的沖擊負荷不影響后續(xù)工藝的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
A級的抗沖擊負荷能力除了與吸附作用有關(guān)外，還與下面兩種生物學過程密切相關(guān)。
(1)微生物突變
活性污泥中的任何細菌群體都能以各種各樣的方式對環(huán)境變化作出反應。新環(huán)境形成的初期，不適應新環(huán)境的細菌死亡，隨后從系統(tǒng)中消失。與此同時，新環(huán)境為其它細菌的優(yōu)勢增殖提供了有利條件。適應性細菌的重要來源是突變，致突變物質(zhì)能導致突變，即遺傳物質(zhì)發(fā)生變化。這些突變中僅千分之一是能存活的正突變，其余都是致死突變�？紤]到A級內(nèi)活性污泥中細菌數(shù)量很高，在每一人口當量中每日出現(xiàn)7.5×10 5 個正突變是可能的。除X射線和Y射線外，亞硝酸鹽等化學物質(zhì)也是誘變物質(zhì)。污水中普遍存在的酸、堿和有毒物質(zhì)的長期影響也能誘發(fā)突變。突變?yōu)榛钚晕勰噙m應新環(huán)境、降解難降解物質(zhì)提供了生物遺傳學基礎。而A級污泥對毒物的抗性則來源于:
(2)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移
在醫(yī)療方面，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移往往造成抗藥性基因的迅速傳播，從而造成醫(yī)療困難，AB工藝中的A級環(huán)境特別有利于質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒是環(huán)形的DNA分子，它們不受染色體支配，能侵入菌體并利用菌體的復制系統(tǒng)自我復制增殖。質(zhì)粒普遍攜帶抗性基因，有的質(zhì)粒還攜帶一般細菌不具備的特殊基因，如降解PCB的基因。眾多的質(zhì)粒構(gòu)成了細菌的抗性基因庫和降解特殊有機物的基因庫。在選擇性工藝環(huán)境中(如沖擊負荷)，質(zhì)粒的抗毒性基因和降解特殊物質(zhì)基因賦予細菌明顯的優(yōu)勢。在正常的細胞分裂中，質(zhì)粒能傳給子細胞。質(zhì)粒還能通過接合作用以攜質(zhì)粒細菌轉(zhuǎn)移到無質(zhì)粒細菌內(nèi)，接合過程不受細菌種屬和質(zhì)粒來源的限制，A級中高密度懸浮細菌的存在對接合有利。在A級中占優(yōu)勢地位的腸道細菌的接合過程需花費1.5-2.0h。假設A級泥齡為8h，那么在A級微生物中至少能發(fā)生4次接合，在此期間約10%的細菌受到質(zhì)粒侵入。質(zhì)粒在活性污泥中的傳播，提高了活性污泥對環(huán)境變化、特別是化學變化的抗性。對污水處理廠(特別是工業(yè)廢水處理廠)來說，處理效果和工藝穩(wěn)定性的好壞與質(zhì)粒的存在與否密切相關(guān)。
4.AB工藝與氮、磷去除
由于水體富營養(yǎng)化和水資源短缺問題日益嚴重；許多污水必須經(jīng)過除磷脫氮處理，然后排入水體或回用。如果用其它工藝取代AB工藝的B級，可以使AB工藝具有深度處理效果。
(1)具有脫氮功能的AB工藝
在這類工藝中，B級由好氧工藝變成前置反硝化工藝(例如缺氧/好氧工藝)。
A級對氮和有機物的去除比常規(guī)機械處理高許多倍，明顯改善了B級的硝化條件，使B級污泥中硝化菌比例明顯提高，硝化速率隨之大幅度提高，曝氣區(qū)體積可以相應降低。對反硝化來說，可以通過改變A級的污泥負荷和運行方式調(diào)節(jié)A級的去除率，使反硝化所需的BOD 5 /TN比值(3左右)得到最優(yōu)調(diào)節(jié)。試驗結(jié)果表明B級污泥中，反硝化菌比例比常規(guī)生物脫氮系統(tǒng)的污泥高，反硝化率高2~3倍，例如，ARAkrefeld污水處理廠的B級污泥在無外加碳源的情況下反硝化速率為6.3mgNO 3 -N/gMLSS·h。由于具脫氮功能的AB工藝硝化和反硝化速率高，工藝總體積比常規(guī)生物脫氮工藝節(jié)省20%左右。
(2)具有除磷功能的AB工藝
由于污泥含磷量較高，排泥量大，A級能去除進水總磷的20~50%。如果把B級換成厭氧/好氧(A/O)除磷工藝，工藝終沉出水的磷濃度將很低(0.5mg/L以下)。也可以在B級中增設化學法除磷。前者的投資費用比普通活性污泥法低10%左右，后者則高5~20%。前者的運行費用比普通活性污泥法低10~20%，后者則高10%以上。
(3)AB工藝與生物除磷脫氮工藝的結(jié)合
泰安市污水處理廠將采用這類工藝，工藝流程由A級加生物除磷脫氮工藝(如A/A/C改良工藝)構(gòu)成。對原污水水質(zhì)波動大，BOD 5 和BOD 5 /TN比值高的污水來說，這類工藝不但能保證處理效果達到要求，而且工藝穩(wěn)定性高、節(jié)能效果明顯。
三、AB工藝的技術(shù)經(jīng)濟分析及其在我國應用的可能性
試驗和生產(chǎn)性實踐已經(jīng)證實A級能去除40~50%，甚至70%的BOD 5 和10-30%的總氮，使工藝過程耗氧量減少30-40%，總運行費用下降20%左右，基建投資降低15-20%，處理效果優(yōu)于常規(guī)工藝，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
具有高級處理功能的AB工藝與其它高級處理工藝相比，有節(jié)能、工藝穩(wěn)定性高等優(yōu)點。A級的設置為后續(xù)工藝提供了強有力的保護和支持。泰它市污水處理試驗結(jié)果表明，當BOD 5 /TN和BOD 5 值偏高時，其生物除磷脫氮功能的AB工藝與單純生物除磷脫氮工藝相比，運轉(zhuǎn)費用下降20%左右，BOD、COD、SS、TN和TP的去除率分別高于96%、90%、95%、80%和96%。進水BOD 5 /TN比值偏低時，為了避免碳能源不足，原污水可直接進入生物除磷脫氮工藝，保證出水水質(zhì)達到要求。
由于A級污泥主要由進水補充和接種，并且泥齡很短，因此A級污泥不需要培養(yǎng)和馴化過程，A級的停與轉(zhuǎn)，可以隨時進行并很快進入正常狀態(tài)，不影響處理效果。管理上不存在困難。
A級節(jié)能的另一方面是A級污泥產(chǎn)率高、污泥有機物含量高達65%以上，產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣量也必然增加。沼氣用于發(fā)電和供熱能使污水處理廠的能源得到部分自給。
1.超負荷污水處理廠的改造
我國污水處理廠的建設速度遠遠達不到實際需要。處理廠往往超負荷運行，造成一系列問題。如果把它們改成AB工藝就能較大幅度提高污水處理廠的處理能力。德國和奧地利的生產(chǎn)性實踐已經(jīng)證明此法行之有效，改造投資極小，經(jīng)濟效益顯著。只要把原沉砂池硝加改動，成為A級曝氣池，初沉池作為中間沉淀池，再裝一套回流系統(tǒng)即可。
2.AB工藝與新廠建設
目前，我國建設大型污水處理廠，往往因資金嚴重不足，而必須分期進行，下面是一個較理想的分期實施方案:
第一期:機械處理(一級)
第二期:具有半生物效應的機械處理，即AB工藝的A級(一級半)
第三期:二級處理和部分硝化(AB工藝)
第四期:高級生物處理(高級AB工藝)
在該實施方案中，先建高速率的A級處理特別適合我國國情，因它能緩和建設資金嚴重不足問題，并能使大量污水得到處理。這是因為A級去除率雖然只有60%左右，但處理單位BOD 5 的費用很低，低于普通活性污泥法的一半，基建投資也低于普通活性污泥法的一半。待資金充足時，很容易續(xù)建B級。
3.AB工藝的設計要點
A級正常運行的必要條件是原污水中必須有足夠的已經(jīng)適應該污水的微生物。在城市污水中，這些微生物基本上來自人類排泄物。由于A級的去除效率高低與進水微生物量直接相關(guān)，因此A級之前不宜設置初沉池。在工業(yè)廢水和某些城市污水中，已經(jīng)適應污水環(huán)境的微生物濃度很低或微生物絮凝性很差，A級效率明顯下降。對這類污水來說，不宜采用AB工藝。
為了充分利用絮凝性和吸附效應，保證A級高效運行，A級停留時間最好控制在25~30 分鐘，停留時間增加反而不利。A級的最佳污泥負荷是3-4kgBOD 5 /kgNLSS·d。污泥濃度過低或過高對A級運行均不利，控制在2-2.5g/L效果較佳。泥齡的控制取決于污水特性和A級的污泥濃度，在A級中污泥濃度基本上與泥齡成正比關(guān)系，最佳泥齡控制應通過試驗或生產(chǎn)實踐求得。
A級污泥沉降性能極佳，SVI值低于50，因此中間沉淀池水力停留時間，可控制在1.5h以內(nèi)，污泥回流比控制在70%以內(nèi)。
B級的設計與常規(guī)方法相同，必須注意的是，設計B級時，進水水質(zhì)應采用A級出水水質(zhì)；設計高級AB工藝時，應保證B級進水的BOD 5 /TN比值≥3。對BOD 5 /TN在3左右的污水來說，設置A級對生物除磷脫氮不利，不宜采用高級AB工藝(物理或化學法除磷除氮例外)。
在國內(nèi)，污泥處置是一個令人頭痛的問題。由于AB工藝產(chǎn)泥量大，合理解決污泥處置問題，有助于AB工藝的推廣應用。也就是說污泥問題是AB工藝推廣應用的主要障礙。
四、結(jié)語
AB工藝在國外已經(jīng)有較成熟的經(jīng)驗，但我國的污水特性和水質(zhì)環(huán)境與國外明顯不同，既使在國內(nèi)，各地的情況也相差較大，因此有必要深入研究AB工藝，開發(fā)出適合不同污水水質(zhì)和不同處理要求的AB工藝和設計參數(shù)，使這種高效低能耗、建廠投資小的污水處理方法在我國的污水處理事業(yè)中充分發(fā)揮作用。同時可以參照中國污水處理工程網(wǎng)其他技術(shù)文檔。
主要參考文獻
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