聚合氯化鋁的投加對活性污泥性質的影響

文_張潔 上海友聯竹園第一污水處理投資發展有限公司

目前，污水處理廠廣泛使用PAC作為混凝劑同步化學除磷，PAC和污水中污染物進行反應后后，殘余量會隨著回流重新進入生物池，導致PAC在生物池中的積累，產生一定濃度殘留鋁，可能對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排放會對水體造成一定危害。

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

1 實驗方法及內容

1.1 工程概況

上海某大型市政污水處理廠提標改造后設計處理規模為110萬m3/d，處理工藝流程如圖1所示，出水各項指標優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準。

圖1 工藝流程圖

該污水廠提標改造后出水 TP 執行一級 A標準，僅靠生物除磷法難以得到滿意的除磷效果，同時考慮到磷的釋放問題，不能單純依靠生物法除磷，因此結合工程實際，考慮采用外加化學混凝劑聚合氯化鋁（PAC）來強化除磷效果，以保證出水TP穩定達標。該廠根據實際情況在生物池出水端投加PAC以達到化學除磷的目的。但PAC和污水中污染物進行反應后后，殘余量會隨著回流重新進入生物池，導致PAC在生物池中的積累，可能對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排放會對水體造成一定危害。

1.2 實驗方法

1.2.1 水樣來源

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

1.2.2 實驗步驟

取500mL泥水混合樣于定時攪拌容器中，分別加入0、20、40、60、80、100、120mg/L 的 PAC（含 10%Al2O3），模擬PAC在活性污泥系統中的累積，分別在轉速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量。

1.2.2.2 PAC投加對活性污泥中菌種數量的影響

取適量反應后的混合液，通過測定樣的MLSS和MLVSS來宏觀表征活性污泥中微生物的量，并用平板計數法測定不同PAC濃度下污泥中的細菌總數。

1.2.2.3 PAC投加對水中殘留鋁的影響

取沉淀后的上清液，分別測定不同PAC投加量下樣品中鋁離子的含量。

1.3 分析方法

1.3.1 微生物數量測定

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為混合液揮發性懸浮固體，指混合液懸浮固體中的有機物量。MLSS和MLVSS都是代表活性污泥性能的指標，宏觀上可以用MLSS、MLVSS來表示活性污泥中微生物的含量。

1.3.2 細菌總數測定

細菌總數測定是一項很重要的微生物指標,它是測定水樣和沉淀污泥中好氧菌和兼性厭氧菌密度的方法。本研究使用平板計數法測定活性污泥中的細菌總數。

1.3.3 殘留鋁的測定

本研究采用逐時絡合比色法分析反應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的條件下反應生成Al-Ferron絡合物，在波長370nm處有最大吸收值，由此可測得單體態鋁量。

1.3.3.1 試劑的配置

分別配制Al標準溶液以及Ferron試劑。

1.3.3.2 Al-Ferron標準曲線的繪制

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，相關系數r=0.9992。

圖2 Al-Ferron標準曲線

1.3.3.3 水樣中鋁的測定

取水樣于比色管中，加入濃硝酸充分震蕩混勻，消解1h，調節溶液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處測其吸光度。為了減少Al（III）水解形態的相互轉化，從投加Ferron試劑到測定吸光度用時應控制在1min。

2 結果與討論

2.1 聚合氯化鋁的投加對活性污泥中微生物種類的影響

取反應后混合液，搖勻后利用吸管吸取適量生物絮體進行顯微鏡觀察。結果表明，不同PAC投加量下的污泥均表現出豐富的生物相，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，這些微生物對環境要求較高。微生物在活性污泥系統中具有指示作用，當出現鐘形屬，累枝蟲屬等原生動物及輪蟲類后生動物時，說明活性污泥性能良好，污水處理效果好，活性污泥系統微生物菌群結構穩定，生物活性較好。這表明，PAC在活性污泥系統中的累積對微生物菌群的種類沒有明顯的影響。

2.2 聚合氯化鋁的投加對活性污泥菌種數量的影響

2.2.1 聚合氯化鋁的投加對活性污泥濃度的影響

MLSS和MLVSS可用來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。結果表明，隨著PAC投加量的增加，MLSS和MLVSS濃度都呈下降趨勢，當PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L時，MLSS濃度從4.21g/L下降到3.35g/L，MLVSS從2.37g/L下降到2.21g/L。這可能是因為過量的PAC會使膠核表明吸附過量的正離子，原來水中帶負電荷的膠體變成帶正電荷的膠體，使膠體重新穩定，使污水中的膠體顆粒從污泥轉移到液相中，造成污泥中懸浮固體濃度降低。

圖3 PAC投加量對MLSS濃度的影響

圖4 PAC投加量對MLVSS濃度的影響

2.2.2 聚合氯化鋁的投加對活性污泥細菌總數的影響

本研究使用平板計數法測定活性污泥中的細菌總數隨PAC投加量的變化情況，圖5為單位體積活性污泥中細菌數隨PAC投加量的變化規律。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菌總數從7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL，說明在不考慮活性污泥生產繁殖速率的條件下，PAC過量投加對活性污泥中的細菌數量產生一定的影響。這與上述MLSS和MLVSS的分析結果一致。

圖5 PAC的投加對細菌總數的影響

2.3 聚合氯化鋁的投加對殘留鋁含量的影響

本研究使用Ferron逐時絡合比色法測定反應后上清液中殘留鋁的濃度，圖6所示為混合液反應后上清液鋁濃度隨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，殘留鋁濃度從0.56升高到1.31mg/L，但當PAC＞100mg/L后，鋁的殘留量增大速率變大，對活性污泥的影響增大。且PAC投加量在60mg/L以下時，液相中的殘留鋁濃度很低，98%及以上的鋁都轉移到了污泥中排出，不會對活性污泥中的菌種產生較強的毒性作用。

圖6 PAC投加量對殘留鋁濃度的影響

3 結語

本研究利用不同PAC投加量模擬PAC在活性污泥中的累積，研究其對活性污泥菌種種類和數量的影響。通過顯微鏡觀察對活性污泥中的微生物種類進行研究，同時通過測定污泥MLSS和MLVSS和利用平板計數法分析活性污泥中微生物含量和細菌總數。本研究結論如下：

①顯微鏡觀察結果表明，不同PAC投加量下的污泥均表現出豐富的生物相，含有大量微生物，說明活性污泥性能良好，污水處理效果好，活性污泥系統微生物菌群結構穩定，生物活性較好。這表明，PAC在活性污泥系統中的累積對微生物菌群的種類沒有明顯的影響。

②MLSS和MLVSS測定結果表明，當PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L時，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繁殖的條件下，PAC的累積對活性污泥中的微生物量產生一定的影響。

③平板計數結果表明，隨著PAC投加量從20mg/L增加到120mg/L，單位體積活性污泥中細菌總數從7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL。這表明，在不考慮活性污泥生產繁殖速率的條件下，PAC過量投加對活性污泥中的細菌數量產生一定的影響。

④Ferron逐時絡合比色法測定結果表明，隨著PAC投加量的增加，殘留鋁的濃度也隨之增加。當PAC＞100mg/L后，鋁的殘留量增大速率變大，對活性污泥的影響增大；而PAC投加量在60mg/L以下時，液相中的殘留鋁濃度很低，98%及以上的鋁都轉移到了污泥中排出，不會對活性污泥中的菌種產生較強的毒性作用。