实际工程中的高粘性污泥膨胀及其控制

摘要：本文对实际工程中出现的高粘性膨胀现象作了系统分析，指出：产生高粘性膨胀的根本原因是进水水质冲击负荷大，通过采取控制进水量降低进水负荷，控制曝气使氧化沟内DO充分，并适当排泥等措施，使非丝状菌污泥膨胀得到了控制，污泥恢复正常。

关键词：高粘性污泥膨胀 进水BOD5负荷 污泥耗氧速率

活性污泥膨胀问题在实际污水处理工程中经常遇到。人们对其成因也作了相当多的研究。在早期的研究中人们对废水水质、运行条件和丝状菌过度生长之间的关系非常关注。对于水质的影响，大多数研究者认为常常水质及负荷的变化也会导致污泥膨胀。

笔者曾在山东某污水处理厂参与调试运行，对其调试运行过程中出现的污泥膨胀问题作了必要的分析，并提出了相应的控制对策

1、工程概况

该污水处理厂采用侧沟式一体化氧化沟工艺，其工艺流程如图1：

工程一期设计规模25000m³/d，分两组，每组12500m³/d。考虑到除磷的要求，在氧化沟前段置厌氧段。设计总停留时间16h，氧化沟有效容积8500m³，有效水深4.1m，沟宽10.5m。设计污泥浓度MLSS=4000mg/L，污泥负荷F/M=0.046kgBOD₅/（kgMLVSS.d）。主要设备包括：曝气转盘ZP-9-1400，每组4台，功率37kW；7.5kW水下推动器每组3台，设置在主沟；2.2kW水下搅拌器1台于厌氧区。设计采用厌氧、好氧两区共壁合建，使整体结构紧凑，又有较好的能量分区。设计进出水水质如下：

表1   设计进水水质

2、调试启动情况

该厂自2003年3月12日开始调试运行。前期投加大量粪便污水，并投加活性污泥接种，效果较显著。到3月20日出现少量活性污泥絮体，一周后MLSS达1083mg/L，SV₃₀增至10%，进水BOD₅负荷在0.22~0.39之间。28日，由于进水水量由原先1/4、1/2流量增加至设计流量以及BOD₅大幅变化，使得进水负荷高达1.02 kgBOD₅/（kgMLSS.d），随后几天负荷也居高不下，31日SV₃₀猛增至86%（当地工业废水未加控制进入）。观察污泥细碎、松散、蜂窝状小而少。镜检发现丝状菌丰度为d级，钟虫数量500~1200个/ml，活动性差。侧沟出现云浪状污泥上浮，并随水流走，跑泥严重。经诊断为非丝状菌污泥膨胀。

3、原因分析

3.1、进水水质冲击负荷

该污水处理厂实际进水水质与设计值有较大的偏差。由于当时设计考虑的是处理城市生活污水，而实际进水中工业废水占了相当大的比例，使进水水质相当复杂。表2为调试运行期间实际进水水质情况。

表2    实际进水水质情况

由上表可看出实际进水BOD₅及COD_cr的均值在设计值的3倍以上，这使得有机物消解去除显得尤为重要。而实际中，BOD₅及COD_cr变幅波动相当大，造成了极大的水质冲击负荷。图2为进水BOD₅和COD_cr变化情况。

在调试过程初期系统受到了极大的冲击负荷。下图为3月24日~3月31日进水F/M及相应的SV₃₀变化情况。从图5可以看出，在26日以前系统以中等负荷0.3~0.5kgBOD₅/（kgMLSS.d）运行，SV₃₀呈稳定增长趋势，27日增至20％。28日，F/M猛增至1.02，SV₃₀于29日攀升至80%以上（图7），SVI至573.3mL/g，并一直居高不下（图8），呈现严重的污泥膨胀。

3.2、营养物

已有研究表明^【2】，进水中含有大量的溶解性有机物，使F/M太高，而进水中缺乏足够   的N、P等营养元素，或混合液中的DO不足时，细菌很快把大量有机物吸入体内，由于缺乏N、P或由于DO不足，又不能在体内进行正常的分解代谢，细菌就向体内分泌过量的多糖类物质，这些物质由于含有氢氧基而具有较强的亲水性，使活性污泥结合水高达400%，呈粘性的凝胶状，产生高粘性污泥膨胀。

考察出现污泥膨胀的前一段时间污水营养比BOD₅：N：P=663.7：62：4.56=100：9.34：0.69，可见污水中N不缺少，而P含量甚少。污水中缺少足够的P来合成微生物细胞，生长受到限制，进水中大量的BOD₅物质难以转化从而生成多糖类物质引发高粘性膨胀。镜检发现，发生膨胀时期表壳虫500个/L，楯纤虫60个/L，钟虫180个/L，活动性一般（4月28日）。可见此时生物相中以游泳型纤毛虫为主，而固着型纤毛虫很少。尽管进水BOD₅充足，但是由于缺少P而没有转化为细胞物质。

3.3污泥浓度

活性污泥中粘性物质的生成与积累受污泥浓度（MLSS）和BOD₅负荷的控制。当BOD₅负荷量一定时，在低MLSS浓度时生成的粘性物质多；而当MLSS一定时，在BOD₅负荷高时产生的粘性物质多。即活性污泥产生和积累粘性物质而引发高粘性污泥膨胀的条件是：低MLSS浓度和高BOD₅负荷。实际调试运行中正是由于培菌初期MLSS浓度低以及进水负荷高引发了高粘性污泥膨胀。下图为调试期间MLSS增长情况。5月20日开始排泥，排泥初期排泥量较小，后逐渐加大到200m³/d，23日MLSS降到2900mg/L。

图7  MLSS浓度变化

3.4、DO影响

在系统运行过程中，曾对DO进行密切监控。由于进水BOD₅浓度高，尤其是夜间进水COD_cr可高达3000~5000mg/L，故使系统DO长期处于不稳定状态。DO控制测点选取位置见图7。1#处为最高点测点，DO在1.0~2.5之间变化，2#为最低点测点，DO大部分时间在0.5mg/L以下。另外在每个转盘的前后都布置DO测点，以控制每一曝气段的DO水平。一般认为低的DO浓度是引起污泥膨胀的主要原因之一，然而该系统在高负荷低DO条件下并未出现丝状菌膨胀（镜检发现丝状菌始终丰度始终在c~d级之间）。也有研究表明^【5】，低的

DO浓度并不是引起丝状菌膨胀的充分和必要条件。该厂出现的污泥膨胀实系高负荷F/M冲击，营养物缺乏所致，而并非低DO浓度。

另外由于氧化沟前段设置厌氧段，设计是为除磷而设。实际上起着厌氧选择器的作用。按厌氧选择器分析认为：绝大部分种类的丝状菌（球衣菌）都是绝对好氧的，在绝对厌氧条件下将受到抑制，而绝大部分的菌胶团细菌为兼性菌，在厌氧状态下将进行厌氧代谢，继续增殖，故而能有效的抑制丝状菌污泥膨胀，实际观察也证实了这一点。