文_张洁 上海友联竹园第一污水处理投资发展有限公司
目前，污水处理厂广泛使用PAC作为混凝剂同步化学除磷，PAC和污水中污染物进行反应后后，残余量会随着回流重新进入生物池，导致PAC在生物池中的积累，产生一定浓度残留铝，可能对生物池中活性污泥中的微生物性性能造成影响，从而影响污水的生化处理效果，且水中残余铝含量较高时排放会对水体造成一定危害。
本文以上海某大型市政污水处理厂生物池末端污水和PAC药剂为研究对象，探究不同PAC投加量对污水中残留铝浓度的影响，及其对活性污泥中微生物的影响，为污水处理厂生物处理系统的稳定运行提供参考。
1.1 工程概况
上海某大型市政污水处理厂提标改造后设计处理规模为110万m3/d，处理工艺流程如图1所示，出水各项指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。
图1 工艺流程图
该污水厂提标改造后出水 TP 执行一级 A标准，仅靠生物除磷法难以得到满意的除磷效果，同时考虑到磷的释放问题，不能单纯依靠生物法除磷，因此结合工程实际，考虑采用外加化学混凝剂聚合氯化铝（PAC）来强化除磷效果，以保证出水TP稳定达标。该厂根据实际情况在生物池出水端投加PAC以达到化学除磷的目的。但PAC和污水中污染物进行反应后后，残余量会随着回流重新进入生物池，导致PAC在生物池中的积累，可能对生物池中活性污泥中的微生物造成影响，从而直接影响水处理效果，且水中残余铝含量较高时排放会对水体造成一定危害。
1.2 实验方法
1.2.1 水样来源
试验污水取自竹园一厂8#生物池末端，PAC加药前的泥水混合体，每日早9：30定时采样。
1.2.2 实验步骤
取500mL泥水混合样于定时搅拌容器中，分别加入0、20、40、60、80、100、120mg/L 的 PAC（含 10%Al2O3），模拟PAC在活性污泥系统中的累积，分别在转速300r/min下搅拌1min、150r/min搅拌5min，80r/min搅拌10min，最后沉淀20min。
1.2.2.1 PAC投加对活性污泥中微生物菌群种类的影响
取适量沉淀后的污泥于载玻片上，用显微镜观察不同PAC投加量下活性污泥中微生物的类型和数量。
1.2.2.2 PAC投加对活性污泥中菌种数量的影响
取适量反应后的混合液，通过测定样的MLSS和MLVSS来宏观表征活性污泥中微生物的量，并用平板计数法测定不同PAC浓度下污泥中的细菌总数。
1.2.2.3 PAC投加对水中残留铝的影响
取沉淀后的上清液，分别测定不同PAC投加量下样品中铝离子的含量。
1.3 分析方法
1.3.1 微生物数量测定
MLSS为混合液悬浮固体，表示曝气池混合液体活性污泥的浓度；
MLVSS为混合液挥发性悬浮固体，指混合液悬浮固体中的有机物量。MLSS和MLVSS都是代表活性污泥性能的指标，宏观上可以用MLSS、MLVSS来表示活性污泥中微生物的含量。
1.3.2 细菌总数测定
细菌总数测定是一项很重要的微生物指标,它是测定水样和沉淀污泥中好氧菌和兼性厌氧菌密度的方法。本研究使用平板计数法测定活性污泥中的细菌总数。
1.3.3 残留铝的测定
本研究采用逐时络合比色法分析反应后上清液中铝的浓度。Ferron俗称试铁灵，Al（III）单体与Ferron试剂在pH约为5的条件下反应生成Al-Ferron络合物，在波长370nm处有最大吸收值，由此可测得单体态铝量。
1.3.3.1 试剂的配置
分别配制Al标准溶液以及Ferron试剂。
1.3.3.2 Al-Ferron标准曲线的绘制
图2中曲线的线性方程为Y=4.7792X-0.0361，式中Y为残留铝浓度，单位为mg/L，相关系数r=0.9992。
图2 Al-Ferron标准曲线
1.3.3.3 水样中铝的测定
取水样于比色管中，加入浓硝酸充分震荡混匀，消解1h，调节溶液pH为5.2左右，移取Ferron试剂于比色管，以空白溶液作参比，在360nm处测其吸光度。为了减少Al（III）水解形态的相互转化，从投加Ferron试剂到测定吸光度用时应控制在1min。
2.1 聚合氯化铝的投加对活性污泥中微生物种类的影响
取反应后混合液，摇匀后利用吸管吸取适量生物絮体进行显微镜观察。结果表明，不同PAC投加量下的污泥均表现出丰富的生物相，微生物种类比较丰富，含有粗袋鞭虫、钟虫、轮虫、累枝虫、表壳虫、变形虫等，这些微生物对环境要求较高。微生物在活性污泥系统中具有指示作用，当出现钟形属，累枝虫属等原生动物及轮虫类后生动物时，说明活性污泥性能良好，污水处理效果好，活性污泥系统微生物菌群结构稳定，生物活性较好。这表明，PAC在活性污泥系统中的累积对微生物菌群的种类没有明显的影响。
2.2 聚合氯化铝的投加对活性污泥菌种数量的影响
2.2.1 聚合氯化铝的投加对活性污泥浓度的影响
MLSS和MLVSS可用来宏观表征活性污泥中的微生物量，本研究PAC投加量从20～120mg/L，MLSS和MLVSS的浓度随PAC投加量的变化如图3和图4所示。结果表明，随着PAC投加量的增加，MLSS和MLVSS浓度都呈下降趋势，当PAC投加量从20mg/L增加到120mg/L时，MLSS浓度从4.21g/L下降到3.35g/L，MLVSS从2.37g/L下降到2.21g/L。这可能是因为过量的PAC会使胶核表明吸附过量的正离子，原来水中带负电荷的胶体变成带正电荷的胶体，使胶体重新稳定，使污水中的胶体颗粒从污泥转移到液相中，造成污泥中悬浮固体浓度降低。
图3 PAC投加量对MLSS浓度的影响
图4 PAC投加量对MLVSS浓度的影响
2.2.2 聚合氯化铝的投加对活性污泥细菌总数的影响
本研究使用平板计数法测定活性污泥中的细菌总数随PAC投加量的变化情况，图5为单位体积活性污泥中细菌数随PAC投加量的变化规律。如图所示，随着PAC投加量从20mg/L增加到120mg/L，单位体积活性污泥中细菌总数从7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL，说明在不考虑活性污泥生产繁殖速率的条件下，PAC过量投加对活性污泥中的细菌数量产生一定的影响。这与上述MLSS和MLVSS的分析结果一致。
图5 PAC的投加对细菌总数的影响
2.3 聚合氯化铝的投加对残留铝含量的影响
本研究使用Ferron逐时络合比色法测定反应后上清液中残留铝的浓度，图6所示为混合液反应后上清液铝浓度随PAC投加量的变化曲线，如图所示，随着PAC投加量的增加，残留铝的浓度也随之增大。PAC投加量从20增加到100mg/L时，残留铝浓度从0.56升高到1.31mg/L，但当PAC＞100mg/L后，铝的残留量增大速率变大，对活性污泥的影响增大。且PAC投加量在60mg/L以下时，液相中的残留铝浓度很低，98%及以上的铝都转移到了污泥中排出，不会对活性污泥中的菌种产生较强的毒性作用。
图6 PAC投加量对残留铝浓度的影响
本研究利用不同PAC投加量模拟PAC在活性污泥中的累积，研究其对活性污泥菌种种类和数量的影响。通过显微镜观察对活性污泥中的微生物种类进行研究，同时通过测定污泥MLSS和MLVSS和利用平板计数法分析活性污泥中微生物含量和细菌总数。本研究结论如下：
①显微镜观察结果表明，不同PAC投加量下的污泥均表现出丰富的生物相，含有大量微生物，说明活性污泥性能良好，污水处理效果好，活性污泥系统微生物菌群结构稳定，生物活性较好。这表明，PAC在活性污泥系统中的累积对微生物菌群的种类没有明显的影响。
②MLSS和MLVSS测定结果表明，当PAC投加量从20mg/L增加到120mg/L时，MLSS浓度从4.21g/L下降到3.35g/L，MLVSS从2.37g/L下降到2.21g/L。这表明，在不考虑活性污泥生长繁殖的条件下，PAC的累积对活性污泥中的微生物量产生一定的影响。
③平板计数结果表明，随着PAC投加量从20mg/L增加到120mg/L，单位体积活性污泥中细菌总数从7×104CFU/mL下降到1.24×104CFU/mL。这表明，在不考虑活性污泥生产繁殖速率的条件下，PAC过量投加对活性污泥中的细菌数量产生一定的影响。
④Ferron逐时络合比色法测定结果表明，随着PAC投加量的增加，残留铝的浓度也随之增加。当PAC＞100mg/L后，铝的残留量增大速率变大，对活性污泥的影响增大；
而PAC投加量在60mg/L以下时，液相中的残留铝浓度很低，98%及以上的铝都转移到了污泥中排出，不会对活性污泥中的菌种产生较强的毒性作用。