污泥膨脹及其控制

污泥膨脹及其控制活性污泥膨脹問題在實際污水處理工程中經(jīng)常遇到。人們對其成因也作了相當多的研究。在早期的研究中人們對廢水水質(zhì)、運行條件和絲狀菌過度生長之間的關系非常關注。對于水質(zhì)的影響，大多數(shù)研究者認為常常水質(zhì)及負荷的變化也會導致污泥膨脹。筆者曾在山東某污水處理廠參與調(diào)試運行，對其調(diào)試運行過程中出現(xiàn)的污泥膨脹問題作了必要的分析，并提出了相應的控制對策1、工程概況該污水處理廠采用側溝式一體化氧化溝工藝，其工藝流程如圖1：工程一期設計規(guī)模25000m3/d，分兩組，每組12500m3/d?？紤]到除磷的要求，在氧化溝前段置厭氧段。設計總停留時間16h，氧化溝有效容積8500m3，有效水深4.1m，溝寬10.5m。設計污泥濃度MLSS=4000mg/L，污泥負荷F/M=0.046kgBOD5/（kgMLVSS.d）。主要設備包括：曝氣轉盤ZP-9-1400，每組4臺，功率37kW；7.5kW水下推動器每組3臺，設置在主溝；2.2kW水下攪拌器1臺于厭氧區(qū)。設計采用厭氧、好氧兩區(qū)共壁合建，使整體結構緊湊，又有較好的能量分區(qū)。設計進出水水質(zhì)如下：表1

設計進水水質(zhì)項目BOD5（mg/L）CODcr（mg/L）SS（mg/L）NH4+-N（mg/L）TP（mg/L）設計進水180350250354出水值206020151.02、調(diào)試啟動情況該廠自2003年3月12日開始調(diào)試運行。前期投加大量糞便污水，并投加活性污泥接種，效果較顯著。到3月20日出現(xiàn)少量活性污泥絮體，一周后MLSS達1083mg/L，SV30增至10%，進水BOD5負荷在0.22~0.39之間。28日，由于進水水量由原先1/4、1/2流量增加至設計流量以及BOD5大幅變化，使得進水負荷高達1.02kgBOD5/（kgMLSS.d），隨后幾天負荷也居高不下，31日SV30猛增至86%（當?shù)毓I(yè)廢水未加控制進入）。觀察污泥細碎、松散、蜂窩狀小而少。鏡檢發(fā)現(xiàn)絲狀菌豐度為d級，鐘蟲數(shù)量500~1200個/ml，活動性差。側溝出現(xiàn)云浪狀污泥上浮，并隨水流走，跑泥嚴重。經(jīng)診斷為非絲狀菌污泥膨脹。3、原因分析3.1、進水水質(zhì)沖擊負荷該污水處理廠實際進水水質(zhì)與設計值有較大的偏差。由于當時設計考慮的是處理城市生活污水，而實際進水中工業(yè)廢水占了相當大的比例，使進水水質(zhì)相當復雜。表2為調(diào)試運行期間實際進水水質(zhì)情況。表2

實際進水水質(zhì)情況項目BOD5（mg/L）CODcr（mg/L）SS（mg/L）NH4+-N（mg/L）TP（mg/L）范圍405~12000800~38844146~1077737.5~98..02.13~11..23平均值602.81559.7380.451.27.02由上表可看出實際進水BOD5及CODcr的均值在設計值的3倍以上，這使得有機物消解去除顯得尤為重要。而實際中，BOD5及CODcr變幅波動相當大，造成了極大的水質(zhì)沖擊負荷。圖2為進水BOD5和CODcr變化情況。在調(diào)試過程初期系統(tǒng)受到了極大的沖擊負荷。下圖為3月24日~3月31日進水F/M及相應的SV30變化情況。從圖5可以看出，在26日以前系統(tǒng)以中等負荷0.3~0.5kgBOD5/（kgMLSS.d）運行，SV30呈穩(wěn)定增長趨勢，27日增至20％。28日，F(xiàn)/M猛增至1.02，SV30于29日攀升至80%以上（圖7），SVI至573.3mL/g，并一直居高不下（圖8），呈現(xiàn)嚴重的污泥膨脹。3.2、營養(yǎng)物已有研究表明【2】，進水中含有大量的溶解性有機物，使F/M太高，而進水中缺乏足夠

的N、P等營養(yǎng)元素，或混合液中的DO不足時，細菌很快把大量有機物吸入體內(nèi)，由于缺乏N、P或由于DO不足，又不能在體內(nèi)進行正常的分解代謝，細菌就向體內(nèi)分泌過量的多糖類物質(zhì)，這些物質(zhì)由于含有氫氧基而具有較強的親水性，使活性污泥結合水高達400%，呈粘性的凝膠狀，產(chǎn)生高粘性污泥膨脹?？疾斐霈F(xiàn)污泥膨脹的前一段時間污水營養(yǎng)比BOD5：N：P=663.7：62：4.56=100：9.34：0.69，可見污水中N不缺少，而P含量甚少。污水中缺少足夠的P來合成微生物細胞，生長受到限制，進水中大量的BOD5物質(zhì)難以轉化從而生成多糖類物質(zhì)引發(fā)高粘性膨脹。鏡檢發(fā)現(xiàn)，發(fā)生膨脹時期表殼蟲500個/L，楯纖蟲60個/L，鐘蟲180個/L，活動性一般（4月28日）?？梢姶藭r生物相中以游泳型纖毛蟲為主，而固著型纖毛蟲很少。盡管進水BOD5充足，但是由于缺少P而沒有轉化為細胞物質(zhì)。3.3污泥濃度活性污泥中粘性物質(zhì)的生成與積累受污泥濃度（MLSS）和BOD5負荷的控制。當BOD5負荷量一定時，在低MLSS濃度時生成的粘性物質(zhì)多；而當MLSS一定時，在BOD5負荷高時產(chǎn)生的粘性物質(zhì)多。即活性污泥產(chǎn)生和積累粘性物質(zhì)而引發(fā)高粘性污泥膨脹的條件是：低MLSS濃度和高BOD5負荷。實際調(diào)試運行中正是由于培菌初期MLSS濃度低以及進水負荷高引發(fā)了高粘性污泥膨脹。下圖為調(diào)試期間MLSS增長情況。5月20日開始排泥，排泥初期排泥量較小，后逐漸加大到200m3/d，23日MLSS降到2900mg/L。圖7

MLSS濃度變化3.4、DO影響在系統(tǒng)運行過程中，曾對DO進行密切監(jiān)控。由于進水BOD5濃度高，尤其是夜間進水CODcr可高達3000~5000mg/L，故使系統(tǒng)DO長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)。DO控制測點選取位置見圖7。1#處為最高點測點，DO在1.0~2.5之間變化，2#為最低點測點，DO大部分時間在0.5mg/L以下。另外在每個轉盤的前后都布置DO測點，以控制每一曝氣段的DO水平。一般認為低的DO濃度是引起污泥膨脹的主要原因之一，然而該系統(tǒng)在高負荷低DO條件下并未出現(xiàn)絲狀菌膨脹（鏡檢發(fā)現(xiàn)絲狀菌始終豐度始終在c~d級之間）。也有研究表明【5】，低的DO濃度并不是引起絲狀菌膨脹的充分和必要條件。該廠出現(xiàn)的污泥膨脹實系高負荷F/M沖擊，營養(yǎng)物缺乏所致，而并非低DO濃度。另外由于氧化溝前段設置厭氧段，設計是為除磷而設。實際上起著厭氧選擇器的作用。按厭氧選擇器分析認為：絕大部分種類的絲狀菌（球衣菌）都是絕對好氧的，在絕對厭氧條件下將受到抑制，而絕大部分的菌膠團細菌為兼性菌，在厭氧狀態(tài)下將進行厭氧代謝，繼續(xù)增殖，故而能有效的抑制絲狀菌污泥膨脹，實際觀察也證實了這一點。3.5、污泥耗氧速率SOUR檢測污泥耗氧速率可以有效診斷污泥膨脹是否系中毒所致。污泥中毒可能是系統(tǒng)進水水質(zhì)突然變化，某些物質(zhì)如重金屬、無機、有機物濃度遠超過微生物所能承受的極限，活性污泥難以適應新的環(huán)境條件，其生長繁殖受到抑制，生物群體大量死亡，導致活性污泥活性降低，發(fā)生膨脹，影響出水水質(zhì)。當側溝出現(xiàn)大量云浪狀污泥翻滾上浮時，曾對污泥耗氧速率進行檢測，檢測結果繪制成耗氧速率曲線圖（見圖8）。SOUR1、SOUR2分別為正常和發(fā)生膨脹時的污泥耗氧速率，膨脹后SOUR低于正常時的SOUR。然而分析污染源水質(zhì)情況，工業(yè)廢水中并未含有有毒重金屬離子和有機物。實際上，微生物在代謝過程中受到了高濃度的有機廢水的沖擊。實踐表明，進水BOD5負荷過高對微生物的新陳代謝有一定的抑制作用，這在一定程度上也增加了非絲狀菌引起的污泥膨脹的嚴重性。圖8

污泥耗氧速率比較3.6、設備情況污水處理廠最主要的設備是曝氣設備。該廠選用的是奧貝爾氧化溝專利設備曝氣轉盤，其性能參數(shù)如下表-3：轉碟直徑m轉碟比重t/m33單蝶最大供氧能力力kgO2/h最大動力效率kggO2/kW.hh浸沒深度mm經(jīng)濟浸沒深度mmm轉碟轉速rmp經(jīng)濟轉速rmp14000.951.452.11230～53050030～6050該廠采用曝氣轉盤進行運行調(diào)試時出現(xiàn)了以下異常的現(xiàn)象。最明顯的是主溝污泥有點發(fā)黑，表面溶解氧有時高達4.0mg/l，而其充氧量單組42片轉碟僅50kgO2/h，顯然充氧量不夠。其次是主溝內(nèi)混合液沿深度方向污泥濃度相差較大。表面污泥濃度與約深3.5m污泥濃度差最高達600~700mg/l，混合液混合程度不好。對于氧化溝這種特殊的活性污泥法而言，混合作用比充氧作用更為重要。而一旦混合不均勻，溝內(nèi)污泥沉積較嚴重，污水與泥就不能很好的接觸，不僅影響污水的處理效果，更為嚴重的是時間一長，還會因DO不足，使積泥出現(xiàn)更為嚴重的污泥膨脹問題。4、解決途徑4.1、降低進水負荷進水負荷高是該廠發(fā)生污泥膨脹的直接原因。進水流量Q、進水BOD5濃度、及污泥濃度MLSS都對F/M產(chǎn)生影響。在調(diào)試初期，進水BOD5及MLSS不是人為能夠直接控制的，工藝人員只能通過調(diào)節(jié)進水水量來調(diào)節(jié)進水的BOD5負荷。在調(diào)試初期，流量一度升至最大流量。發(fā)生膨脹后，流量則根據(jù)每天的F/M嚴格控制在1/5～2/5Q設之間，使系統(tǒng)負荷在中等負荷之間運行。在MLSS達到一定數(shù)量后再逐漸增大水量，并繼續(xù)降低負荷至0.1～0.2之間。另外發(fā)現(xiàn)上午測得污泥沉降比往往高于下午SV30值，上午8：30取樣所測CODcr值高于下午14：00所測CODcr值?？梢娨归g來水水質(zhì)相當復雜，對系統(tǒng)造成很大的的沖擊負荷。所以對夜間來水進行了嚴格控制。4.2、DO控制由于進水負荷高，使得氧化溝內(nèi)DO難以提升。調(diào)試過程中，在控制進水負荷F/M，減少進水量的同時，時刻注意DO濃度的變化。增開曝氣轉盤，并輔以短時間的悶曝，間隙進水，使DO濃度有效控制在2.0mg/L左右。在發(fā)生膨脹前，氧化溝DO一度降低至1.0mg/L左右。鏡檢發(fā)現(xiàn)鐘蟲頭部產(chǎn)生頭頂氣泡，且鐘蟲數(shù)量少，僅120個/L（4月29日）。但是通過減少進水量，降低進水負荷后，氧化溝內(nèi)DO很快上升，最高點（圖7中1＃位置）平均在2.5～3.5mg/L之間。最低點（圖7中2＃位置）也在0.5～1.5mg/L之間。4.3、排泥控制在活性污泥培養(yǎng)初期產(chǎn)生了嚴重的污泥膨脹后，不宜直接采用排泥來降低SV30，因為此時MLSS濃度僅1000～1200mg/L。實際上在前期發(fā)生污泥膨脹后，即對系統(tǒng)進行了有效的F/M及DO控制，膨脹未繼續(xù)惡化，側溝云浪狀污泥上浮也很快消失。但SV30一直居高不下，造成膨脹的隱患。這是由于已經(jīng)膨脹了的污泥積累在氧化溝內(nèi)，未得到有效的排除，所以一直影響著氧化溝內(nèi)污泥的性能。一般污泥膨脹發(fā)生速度很快，只要2～3天，而膨脹污泥的恢復很緩慢，往往需要3倍泥齡以上的時間【4】。通過排泥，將氧化溝內(nèi)積累的大量沉降性能極差污泥及時排走，實踐證明這是一種有效降低SV30，改善污泥沉降性能的方法。圖11和圖12是排泥后（4月20日開始排泥）SV30和SVI的變化情況?？梢?，排泥后污泥的沉降性能以及污泥指數(shù)都得到了很大的改善。5、小結1、高粘性污泥膨脹的成因是：細菌不能分解代謝