SBR運(yùn)行中污泥膨脹的發(fā)生與控制

SBR運(yùn)行中污泥膨脹的發(fā)生與控制作者：劉大鵬，王繼徽內(nèi)容摘要結(jié)合SBR法處理工業(yè)廢水時發(fā)生污泥膨脹的工程實例，詳細(xì)介紹了膨脹的發(fā)生和控制過程，指出較低的污泥負(fù)荷是造成膨脹的主要原因，并對膨脹機(jī)理加以探討。污泥膨脹問題是傳統(tǒng)活性污泥工藝運(yùn)行過程中常常發(fā)生且難以杜絕的棘手問題，且90%以上的污泥膨脹是由絲狀菌的過度生長造成的】1］。SBR法由于其間歇式的進(jìn)水和反應(yīng)方式，在時間上存在著很高的基質(zhì)濃度梯度，因而能有效地抑制絲狀菌的生長繁殖，被認(rèn)為是最不易發(fā)生污泥膨脹的活性污泥工藝，近年來被廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。那么SBR法在應(yīng)用過程中是否一定不發(fā)生污泥膨脹呢?2000年1月，筆者在昆明制藥股份有限公司的廢水處理（采用SBR工藝）運(yùn)行中就親歷了一次污泥膨脹過程。通過充分利用SBR法本身操作的靈活性，及時有針對性地調(diào)整運(yùn)行方式，僅10天左右就使污泥膨脹得到了控制。1SBR工藝簡介昆明制藥集團(tuán)股份有限公司廢水設(shè)計處理水量為1500m3/d，原水COD為1500mg/L。采用三池交替運(yùn)行的SBR主體處理工藝：設(shè)計污泥負(fù)荷為0.05kgB0D/（kgMLSS?d），MLSS為3000mg/L，排出比為1：4，采用限制曝氣（進(jìn)水完畢后曝氣），每座反應(yīng)池運(yùn)行周期為12.0h（充水1.0h、曝氣反應(yīng)8.0h、沉淀1.5h、潷水1.0h、閑置0.5h）。該處理系統(tǒng)自1999年9月通過驗收投產(chǎn)以來一直運(yùn)行穩(wěn)定，出水指標(biāo)（見表1）完全符合國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—6）的一級標(biāo)準(zhǔn)。自1999年12月以來，廠內(nèi)部分車間停產(chǎn)檢修，這使得排入處理站的水量（約800m3/d）明顯減少，有機(jī)物濃度降低（見圖1）。于是將原來三池運(yùn)行改為兩池運(yùn)行（一池閑置不用），閑置期延長至3.5h。表11999年9—12月處理站進(jìn)、出水情況項目9月10月11月12月COD(mg/L)進(jìn)水155816421339876出水92877971色度（倍）進(jìn)水334347312287出水26282420SS(mg/L)進(jìn)水48444541出水19171816注：表中數(shù)據(jù)為實測平均值。2污泥膨脹的發(fā)生和原因分析2.1污泥膨脹的發(fā)生2000年1月中旬，兩SBR池幾乎同時發(fā)生了污泥膨脹。期間粘有較多細(xì)碎污泥絮體的高粘性泡沫彌漫于池面，整個曝氣階段都沒有衰減；污泥無法沉降，沉淀期結(jié)束后水面仍有明顯可見的大量黃褐色污泥絮團(tuán)懸浮，SVI高達(dá)250?280mL/g。由于潷水時有較多污泥流失，出水COD上升至170?190mg/L。對加入聚合氯化鋁絮凝、沉淀后的上清液進(jìn)行測定，COD僅為50?60mg/L（好于正常情況下的出水），這說明絲狀菌本身能有效地降解有機(jī)物。在顯微鏡下觀察污泥：一根根絲狀球衣細(xì)菌交錯叢生，像頭發(fā)一般散亂膨松；原來呈塊狀的菌膠團(tuán)已完全解體，細(xì)碎的污泥絮體散落于絲狀菌叢中，有較多的草履蟲和豆形蟲等原生動物活動于其間，此時絲狀菌已成為污泥的主體。2.2污泥膨脹原因分析每天的工作記錄表明，在調(diào)節(jié)池用80%的NaOH溶液通過pH指示調(diào)節(jié)儀自動調(diào)節(jié)pH值在6.0?8.0，同時按比例投加營養(yǎng)鹽（尿素和磷肥），曝氣池的DO值為2.0?4.5mg/L、水溫為20?25°C（由于采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣，即使是冬季仍能保持較高水溫）條件下運(yùn)行時，鏡檢沒有發(fā)現(xiàn)污泥內(nèi)部有缺氧跡象，即解體的污泥絮體呈黃褐色（中心無缺氧變黑的區(qū)域），輪蟲和線蟲等后生動物活躍，說明溶解氧的傳遞和滲透性良好，不存在微觀狀態(tài)中的缺氧?？梢娚鲜鲆蛩夭皇且鹞勰嗯蛎浀闹饕?。從圖1可知，雖然進(jìn)水濃度持續(xù)降低，但其變化的梯度并不大，亦不可能造成沖擊負(fù)荷。值得注意的是，由于排泥管堵塞，一段時期以來各SBR池的排泥量一直偏低（有時甚至不排泥），此時的MLSS高達(dá)6500?7000mg/L。即使將原來的三池改為兩池運(yùn)行，較少的來水仍使每池的實際處理量只有設(shè)計水量的80%左右。顯然，過低的進(jìn)水有機(jī)物濃度和水量、過高的污泥濃度導(dǎo)致了污泥負(fù)荷偏低，從而推斷低負(fù)荷是引起污泥膨脹的主要原因，應(yīng)依此采取相應(yīng)的控制措施。3控制污泥膨脹的方法和過程污泥膨脹控制從2000年1月20日開始。由于膨脹的惡化及MLSS不斷增長，此時兩池的SV均已達(dá)到了90%以上。首先為保證出水效果，在停止曝氣前10min向SBR池投加氫氧化鈣（按1：200的比例），通過其凝聚作用來提高污泥的壓密性以改善污泥沉降性能。在接下來的潷水過程中，將水位潷至潷水器所能到達(dá)的最低位（潷水深度為原來的3倍），這樣在進(jìn)水量不變的情況下，排出比由1：4升至1：2,使稀釋倍數(shù)降低，提高了基質(zhì)初始濃度。另外充分利用閑置期，將機(jī)動潛污泵投入SBR池中進(jìn)行強(qiáng)制排泥（剩余污泥被排入閑置池中進(jìn)行消化處理），同時疏通排泥管以確保每天的正常排泥。經(jīng)過4個周期的運(yùn)行，到22日泡沫現(xiàn)象雖未有明顯改觀，但各池SV均停止了增長。這說明對污泥膨脹原因的分析是正確的，采取的措施是可行的。通過繼續(xù)強(qiáng)制排泥使MLSS逐漸回落到3000mg/L左右，并縮短充水時間（由啟動1臺提升泵改為2臺），進(jìn)一步提高基質(zhì)初始濃度，將曝氣時間減至6.0h增大了濃度梯度，避免了曝氣結(jié)束后污泥負(fù)荷過低而利于絲狀菌生長。到1月24日（氫氧化鈣停止投加），水面懸浮的黃褐色污泥已基本消失，SVI亦緩慢下降（見圖2），出水COD降至120mg/L以下。鏡檢觀察到絲狀菌已明顯衰減，由叢生狀變?yōu)榉稚?，部分單枝已折斷成散碎短枝。此時，泡沫量也開始減少，間或有水面露出。此后每天仍穩(wěn)定地排除剩余污泥（MLSS控制在3000mg/L左右）并保持其他措施不變。從24日開始SVI持續(xù)下降，泡沫也隨時間的推移而衰減，到曝氣后期主要集中在曝氣頭上方水面區(qū)域，由于粘帶的污泥絮體減少其顏色也由暗變亮。到30日，兩SBR池的SVI都降到了200mL/g以下，出水COD也已穩(wěn)定在100mg/L以內(nèi)。鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥恢復(fù)到了原來的菌膠團(tuán)正常狀態(tài)，且絲狀菌基本消失，僅有少量短碎單枝夾裹在污泥中；草履蟲和豆形蟲等這些只有在污泥性能不好時才出現(xiàn)的微生物也大為減少。污泥膨脹已得到有效控制。以后控制每天的排泥量，保證MLSS在3000mg/L左右，系統(tǒng)一直運(yùn)行穩(wěn)定，膨脹再也沒有發(fā)生。2000年5月后，來水水質(zhì)、水量逐漸正常，又恢復(fù)了三池運(yùn)行及原來的運(yùn)行參數(shù)。針對情況變化，始終著重于通過污泥負(fù)荷的控制來調(diào)整工藝，確保了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。4污泥膨脹及控制機(jī)理和菌膠團(tuán)細(xì)菌相比，絲狀菌具有比表面積大和在低底物濃度時競爭生長優(yōu)勢明顯的特性】2］，因而低有機(jī)負(fù)荷被認(rèn)為是引起污泥膨脹的重要因素［3］。SBR法能有效抑制絲狀菌生長的關(guān)鍵在于反應(yīng)器內(nèi)存在較高的有機(jī)底物濃度梯度（在時間上），同時對應(yīng)存在著一個變化的污泥負(fù)荷，這一非穩(wěn)態(tài)的過程不利于絲狀菌競爭生長優(yōu)勢的發(fā)揮。在本例中，0.05kgB0D/（kgMLSS?d）的負(fù)荷在SBR工藝設(shè)計中已屬低負(fù)荷范圍；當(dāng)來水有機(jī)物濃度較低時，偏小的排出比（1：4）又使混合液進(jìn)一步被稀釋；由給出數(shù)據(jù)不難算出，COD實際濃度變化為80?250mg/L（設(shè)計出水COD為80mg/L），不能形成較高的濃度梯度；而對于高出設(shè)計近一倍多的污泥濃度則污泥負(fù)荷更低且基本沒有梯度變化，上述這些情況都無法對絲狀菌形成抑制。低負(fù)荷必然又對應(yīng)著長泥齡，這又利于絲狀菌（比增長速率小于膠團(tuán)細(xì)菌）在反應(yīng)器內(nèi)的停留、生長［1］。同時，低負(fù)荷下相對較高的溶解氧濃度也利于絲狀菌（絕大多數(shù)為專性好氧菌）生長［1］。所以，正是由于負(fù)荷過低造成了這次污泥膨脹的發(fā)生。需要指出，雖然多數(shù)絲狀菌為絕對好氧菌，但比表面積大的生理特點使其在低DO濃度下的增殖速率明顯高于膠團(tuán)細(xì)菌，從而也會導(dǎo)致污泥膨脹［4］。在本例中，MLSS高達(dá)6500?7000mg/L，容易對曝氣氣泡的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移造成影響而使DO濃度偏低。實際中由于采用的三螺旋曝氣器具有良好的水力切割及剪切性能，使氧在液相中的傳遞和向污泥內(nèi)部的滲透能夠順利進(jìn)行，保證了微生物的實際需氧。伴隨污泥膨脹的發(fā)生出現(xiàn)了嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象，這主要是由絲狀菌（呈絲狀或枝狀）的過度生長引起的，絲網(wǎng)與氣泡、絮體顆?；旌铣傻呐菽哂蟹€(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點】5］。當(dāng)絲狀菌的生長受到抑制即污泥膨脹得到控制時，泡沫也會隨之減弱。泡沫表征的變化也為污泥膨脹的發(fā)生和控制起到了較好的指示作用。5結(jié)語SBR工藝不易發(fā)生污泥膨脹，但并不排除其發(fā)生的可能性。在實際操作中，應(yīng)對廢水水質(zhì)、運(yùn)行條件和絲狀菌過度生長之間的關(guān)系予以重視，充分利用工藝優(yōu)勢加以調(diào)整。同時，此次控制污泥膨脹的成功經(jīng)驗也表明，SBR法比傳統(tǒng)活性污泥工藝在控制污泥膨脹方面更具可操作性，進(jìn)一步凸現(xiàn)了該工藝的優(yōu)點。參考文獻(xiàn)：［1］ 沈耀良，王寶貞.廢水生物處理新技術(shù)一理論與實踐［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,2000.［2］ 王凱軍.活性污泥膨脹的機(jī)理與控制】M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,1992.［3］ AndreMvanNiekerk,DavidJenkins,MichelGRichard.Thecompetitivegrowthofzoogloearamiogeraandtype021Ninactivatedsludgeand