【集萃網(wǎng)觀察】0引言
常州某印染小區(qū)廢水采用集中處理的方式運(yùn)行，廢水來(lái)自23家印染企業(yè)的生產(chǎn)廢水和一個(gè)住宅小區(qū)的生活污水，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池混合后，CODCr質(zhì)量濃度在800～1000mg/L間，BOD5質(zhì)量濃度為200～300mg/L。污水處理廠采用的工藝為：調(diào)節(jié)水解池＋混凝沉淀＋活性污泥法＋二沉＋混凝沉淀。其中活性污泥法采用推流式，正式運(yùn)行以來(lái)，污泥指數(shù)（SVI）常年在150mL/g以上，運(yùn)行初期，常因污泥過(guò)度膨脹影響出水水質(zhì)，在長(zhǎng)期的防止污泥膨脹的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：將SVI控制在160～260mL/g之間，不但不會(huì)引起污泥流失，反而出水清澈，懸浮物極少，在此稱(chēng)之為“污泥絲狀菌微膨脹”。
1 污泥膨脹產(chǎn)生原因分析
正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，沉降性能好，當(dāng)絲狀菌生長(zhǎng)繁殖過(guò)多時(shí)，菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)繁殖受到抑制，眾多的絲狀菌伸出菌膠團(tuán)表面以外，使污泥體積膨脹，發(fā)生絲狀菌污泥膨脹。根據(jù)絲狀微生物對(duì)環(huán)境條件和基質(zhì)種類(lèi)要求的不同，可將絲狀菌污泥膨脹劃分為5種類(lèi)型:低基質(zhì)濃度型、低DO濃度型、營(yíng)養(yǎng)缺乏型和高硫化物型和pH平衡型。這5種類(lèi)型的污泥膨脹占目前所存在的污泥膨脹問(wèn)題的絕大部分。針對(duì)這些污泥膨脹問(wèn)題，較多的研究者提出了一系列的假說(shuō)。如：表面積/容積比(A/V)假說(shuō)、積累/再生(AC/SC)假說(shuō)、饑餓假說(shuō)等，其中最被廣泛接受的假說(shuō)是表面積/容積比(A/V)假說(shuō)。絲狀菌污泥膨脹的成因?yàn)橄到y(tǒng)綜合環(huán)境，它有利于絲狀菌的生長(zhǎng)，但不利于菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致絲狀菌成為優(yōu)勢(shì)菌種而大量繁殖。下面從污泥絲狀菌膨脹的幾個(gè)重要影響因素分析該廠污泥膨脹的原因。
1.1 污泥負(fù)荷
由于印染廢水可生化性差[ρ（BOD5）：ρ（COD）≈0.3]，設(shè)計(jì)時(shí)采用低負(fù)荷的延時(shí)曝氣法，單位MLSS的BOD5污泥負(fù)荷為0.12kg/(kg·d)，每周測(cè)定1次BOD5值，半年測(cè)定27次，實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷如圖1。
圖1 2007年下半年污泥負(fù)荷變化趨勢(shì)
由圖1可知，實(shí)際運(yùn)行的單位MLS的SBOD5污泥負(fù)荷在0.05～0.08kg/(kg·d)之間。根據(jù)A/V假說(shuō)，伸展于活性污泥絮體之外的絲狀菌的比表面積要大大超過(guò)菌膠團(tuán)微生物的比表面積。當(dāng)微生物處于基質(zhì)限制和控制的狀態(tài)時(shí)，比表面積大的絲狀菌在取得底物能力方面強(qiáng)于菌膠團(tuán)微生物，結(jié)果在曝氣池內(nèi)絲狀菌的生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)，而菌膠團(tuán)微生物的生長(zhǎng)則將受到限制。由于廢水處理廠污泥負(fù)荷極低，絮凝體中的菌膠團(tuán)細(xì)菌得不到足夠的營(yíng)養(yǎng)，而交織于絮凝體中的球衣菌卻形成長(zhǎng)的絲狀體伸出絮體，以增加表面積，充分吸收環(huán)境中的低濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此過(guò)低的污泥負(fù)荷是污水處理廠污泥膨脹的主要原因之一。
1.2 硫化物
廢水處理廠進(jìn)水pH值在9～12，用廢硫酸調(diào)節(jié)pH值至8.5左右，大量的硫酸根經(jīng)厭氧水解處理后，轉(zhuǎn)化為硫化氫（H2S）。另原印染廢水中也含有較高的S2-，經(jīng)混凝沉淀去除部分S2-，好氧池進(jìn)水的S2-質(zhì)量濃度在10～30mg/L。研究資料表明，從H2S對(duì)不同微生物的毒性及絲狀菌和菌膠團(tuán)細(xì)菌生長(zhǎng)條件的差異來(lái)看，S2-主要在2個(gè)方面對(duì)污泥膨脹產(chǎn)生影響:①H2S對(duì)菌膠團(tuán)細(xì)菌的抑制毒害作用大于對(duì)絲狀菌的。S2-的抑制作用主要取決于水中游離H2S的濃度，因?yàn)榧?xì)胞一般帶負(fù)電，只有電中性的H2S才能接近并穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)發(fā)生毒害作用。而絲狀菌一般對(duì)毒性物質(zhì)具有更高的承受能力，因而H2S的大量存在會(huì)造成絲狀菌在與菌膠團(tuán)細(xì)菌的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)；②還原態(tài)S2-的存在為絲狀菌的繁殖提供能源。嗜硫菌基本都是絲狀菌，在硫底質(zhì)豐富時(shí)，此類(lèi)絲狀菌大量繁殖，易引起污泥膨脹。所以S2-質(zhì)量濃度較高為廢水處理廠污泥膨脹的原因之一。
1.3 溶解氧
活性污泥在溶解氧（DO）低的條件下大部分好氧菌幾乎不能繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖，而具有較長(zhǎng)菌絲，比表面積大的絲狀菌更易奪得DO進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，所以DO質(zhì)量濃度太低容易發(fā)生污泥膨脹。廢水處理廠好氧生化系統(tǒng)采用的延長(zhǎng)曝氣法，處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，DO控制相對(duì)比較容易，其質(zhì)量濃度一直保持在2.5mg/L以上。因此可以認(rèn)為DO不是引起污泥膨脹的主要原因。為了抑制絲狀菌生長(zhǎng)，曾提高DO，曝氣池出水口DO質(zhì)量濃度在3.0mg/L以上，連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)中，充足的DO不能抑制絲狀菌的生長(zhǎng)。
1.4 水溫
溫度是影響微生物生長(zhǎng)與生存的重要因素之一，不同的絲狀菌具有各自適宜生長(zhǎng)的溫度范圍。如：球衣菌的適宜生長(zhǎng)溫度在30℃左右，絲硫菌、貝氏硫菌的適宜穩(wěn)定在30～36℃之間。
圖2為2007年下半年水溫變化曲線。每天測(cè)定1次，半年連續(xù)測(cè)定183次，結(jié)果表明：水溫非常適宜絲狀菌生長(zhǎng)。當(dāng)水溫超過(guò)39℃時(shí)，SVI值呈下降的趨勢(shì)，水溫下降后SVI值逐漸上升到150mL/g以上。說(shuō)明絲狀菌的生長(zhǎng)繁殖受溫度的影響大于菌膠團(tuán)。
圖2 2007年下半年水溫變化曲線
1.5 pH值
據(jù)國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道，在活性污泥法運(yùn)行中，菌膠團(tuán)生長(zhǎng)適宜的pH值范圍是6.5～8.0，而絲狀菌確是在4.5～6.5之間能夠較好的生長(zhǎng)。所以pH值低于6時(shí)易引起絲狀菌的大量繁殖，而菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)受到抑制[6]。處理廠運(yùn)行以來(lái)pH值一直保持在7.2～8.0之間，因此pH值不是引起廢水處理廠污泥膨脹的原因。
1.6 氮和磷
很多方面的研究表明，許多絲狀菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)N，P有著較強(qiáng)的親和力，這可能就是缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致污泥膨脹的原因。通常認(rèn)為，N與P的合適比例為ρ（BOD5）∶ρ（N）∶ρ（P）=100∶5∶1。當(dāng)污水中N，P不足時(shí)，易引起污泥膨脹發(fā)生。廢水處理廠ρ（BOD5）∶ρ（N）∶ρ（P）約為100∶4.5∶1.2，營(yíng)養(yǎng)比基本合適，其中的氮元素稍有不足，即在好氧系統(tǒng)進(jìn)水口滴加尿素溶解液，將ρ（BOD5）∶ρ（N）調(diào)整至100∶5，連續(xù)運(yùn)行超過(guò)100d，未發(fā)現(xiàn)SVI有明顯變化，可以認(rèn)為N,P元素不是引起廢水處理廠污泥膨脹的主要因素。
綜上分析，長(zhǎng)期低污泥負(fù)荷運(yùn)行，廢水中S2-質(zhì)量濃度高和水溫適宜絲狀菌生長(zhǎng)是處理廠污泥易發(fā)生膨脹的主要原因。而DO和N缺乏不是其造成污泥膨脹的主要原因。
2 防止污泥過(guò)度膨脹的控制方法
通過(guò)以上的分析，污泥負(fù)荷低、原水中S2-質(zhì)量濃度高和適宜絲狀菌生長(zhǎng)的水溫是引起污泥膨脹的原因，其中由于水量大，水溫難以控制，針對(duì)另外2點(diǎn)引起污泥膨脹的成因，現(xiàn)場(chǎng)采取的措施依次為：
2.1 增大剩余污泥的排放量
當(dāng)SVI有升高趨勢(shì)時(shí)，增大剩余污泥的排放量，縮短污泥泥齡（SRT），從而加快了污泥更新。由于剩余污泥的排放量，使好氧池內(nèi)MLSS降低，從而增大污泥負(fù)荷，向有利于菌膠團(tuán)生長(zhǎng)的方向發(fā)展[7]，SVI值會(huì)明顯降低，進(jìn)而污泥膨脹則會(huì)得到一定程度的抑制。通過(guò)鏡檢觀察，工藝調(diào)整后絲狀菌的數(shù)量在活性污泥中已不占主要地位。
2.2 投加次氯酸鈉
在實(shí)踐運(yùn)行中，上述辦法一般情況下均能控制住污泥的過(guò)度膨脹。當(dāng)上述辦法控制不住絲狀菌過(guò)度膨脹時(shí)，可在好氧池內(nèi)投加有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的次氯酸鈉（NaCLO），投加比例根據(jù)實(shí)驗(yàn)小試確定，張玉梅等[8]在唐山某污水處理廠以投加量0.5～1.0mg/L有效的控制了絲狀菌的膨脹。參照此法每次均取得很好的效果，投加NaCLO后，絲狀菌得到了一定的控制，其SV30在投加后持續(xù)下降，并且在投加后的一段時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定在較低范圍內(nèi)，出水CODCr質(zhì)量濃度有升高的趨勢(shì)，但未超出排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 在好氧池出水處投加絮凝劑
上述2種控制方法有時(shí)見(jiàn)效較慢，為了二沉出水不漂泥，從而影響出水水質(zhì)，可在好氧池出水處投加混凝劑的改善污泥沉降性能，可選用的混凝劑有聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）、三氯化鐵（FeCl3）和聚丙烯酰胺（PAM）等，通過(guò)混凝沉淀作用來(lái)提高污泥的沉降性能。1992年，CBUDOBA[9]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)絮凝劑的應(yīng)用，特別是它們的水解產(chǎn)物Fe(OH)3，Al(OH)3和SiO2是一種可行的改善活性污泥性質(zhì)的方法。研究采用在好氧池出水處滴加PAC的方法，有效的控制了污泥過(guò)度膨脹問(wèn)題。
3 污泥微膨脹時(shí)水質(zhì)分析
絲狀菌是形成活性污泥絮體的骨架，菌膠團(tuán)細(xì)菌等微生物產(chǎn)生多聚糖附著在上面，形成了凝膠基質(zhì)架，膠體物質(zhì)和其他微生物附著在其上�；钚晕勰嘀羞m當(dāng)數(shù)量的絲狀菌對(duì)于維持污泥的絮體結(jié)構(gòu)非常重要，且絲狀菌有巨大的比表面積，很強(qiáng)的吸附能力，降解低有機(jī)污染物濃度的能力強(qiáng)于菌膠團(tuán)�？刂凭z團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌之間有個(gè)合適的比例關(guān)系，達(dá)到某個(gè)共生平衡，有助于使活性污泥處于微膨脹狀態(tài)，可有效地網(wǎng)捕出水中細(xì)小的懸浮物，使出水清澈,CODCr質(zhì)量濃度更低。
2007年下半年SVI和出水CODcr質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)如圖3所示。據(jù)2007年下半年和2008年上半年觀察，污泥微膨脹時(shí)出水清澈，SS質(zhì)量濃度小于5mg/L。
圖3 2007年下半年SVI和出水ρ（CODCr）變化趨勢(shì)圖中顯示每天測(cè)定1次，半年連續(xù)試測(cè)定183次。由上圖分析可知：當(dāng)SIV在160～260mL/g之間時(shí)，污泥處于絲狀菌微膨脹狀態(tài)，出水水質(zhì)比污泥非膨脹狀態(tài)時(shí)好。
4 結(jié)論
（1）氮元素缺乏不是造成廢水處理廠污泥膨脹的主要原因,在其他條件不變的情況下,只投加氮源并不能使膨脹污泥的性能得到恢復(fù),而調(diào)整污泥負(fù)荷則可使絲狀菌污泥膨脹得到有效控制。原水中S2-質(zhì)量濃度高和水溫適宜絲狀菌生長(zhǎng)，是其污泥膨脹的影響因素。
（2）在好氧系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)水量波動(dòng)不大的情況下，控制MLSS從而調(diào)整污泥負(fù)荷，是防止污泥絲狀菌過(guò)度膨脹的重要手段；
（3）水溫高于39℃后，SVI急劇下降，說(shuō)明溫度高于39℃不利于絲狀菌的生長(zhǎng)繁殖；
（4）絲狀菌污泥膨脹控制得當(dāng)，使污泥長(zhǎng)期處于微膨脹狀態(tài)下，出水清澈，懸浮物少，CODcr質(zhì)量濃度低于非污泥膨脹時(shí)值。
來(lái)源:印染在線 作者：李穩(wěn)，宋偉，鄭瑞印
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