百乐克工艺活性污泥膨胀的控制方法

摘要:对百乐克工艺污水处理设计概况和污泥膨胀的性质进行了介绍,分析了膨胀的原因,最后提出并实施了膨胀控制的措施。

关键词:活性污泥;污泥膨胀;丝状菌;沉降比;污泥体积指数

1　概　述
　　
污泥膨胀问题是活性污泥自产生以来一直伴随并常常发生的一个棘手的问题。其主要特征是:污泥结构松散,质量变轻,沉淀压缩性能差;SV(沉降比)增大,有时达到90%,SVI(污泥体积指数)达到300以上;大量污泥流失,出水浑浊;二次沉淀难以固液分离,回流污泥浓度低,有时伴随大量的泡沫的产生,无法维持生化处理的正常工作。污泥膨胀是生化处理系统较为严重的异常现象之一,它直接影响出水水质,并危害整个生化系统的运作。德国冯·诺顿西工程技术公司的百乐克(BIOLAK(r))系统可广泛适用于市政污水和工业废水的处理。百乐克(BIOLAK(r))污废水处理系统是一种高效的生化处理系统,采用低负荷活性污泥工艺,通过生化方法有效降解COD及BOD,并能通过波浪式氧化工艺对氮和磷进行高效去除。它具有占地紧凑、工艺稳定、维护简单、运行费用低等特点。目前,全世界约有500多座百乐克(BIOLAK(r))污水处理厂在稳定运行。本文通过介绍百乐克(BIOLAK(r))污水处理污泥膨胀的发生、分析和控制,提出了针对活性污泥膨胀的相应控制措施,以供有类似问题的其他污水处理厂参考。

2　污水处理设计概况
　　
蒲庙造纸厂属南宁糖业股份有限公司,位于南宁市邕宁县蒲庙镇。污水处理采用德国冯·诺顿西工程技术公司的BIOLAK(r)生化处理技术处理造纸中段废水,处理规模15000T/d,其处理工艺流程如图1。

图1　15000t百乐克生物技术处理造纸废水工艺流程

该污水处理采用移动式曝气链,整个水处理工艺主要参数为:①进水:温度15～35℃;BOD5≤500mg/l;CODcr≤1207mg/l;SS≤640mg/l;pH7～8。②出水:pH6～9;BOD5≤150mg/l;CODcr≤
450mg/l;SS≤200mg/l。

3　污泥膨胀的性质
　　
污泥膨胀发生后,曝气池污泥的SVI值由正常的100～150上升至300～500。经静止沉淀后,肉眼观察污泥颜色灰黑,污泥絮体结构松散,含水率异常偏高,沉降速度慢,浓缩效果差,出水浑浊。回流污泥浓度降低,曝气池泡沫多处泛起棕褐色,泡沫不易破碎、发粘。对污泥作镜检观察,发现污泥中的丝状菌数量异常增多,絮体内外丝状菌大量生长,丝状菌间的架桥作用干扰絮体间的接近,妨碍了絮体的沉淀和压实,使得絮体松散,沉淀性能变差,污泥体积膨胀。游动性小型鞭毛虫增多,菌胶团数量减少。

4　膨胀原因分析
　　
污泥发生丝状菌膨胀的原因与污泥负荷率、进水的性质和运行条件有关。

4.1　负荷率和污泥膨胀的发生
　　
我们首先核算活性污泥系统的污泥负荷率,其值已由生产初期的≤0115kgBOD/kgMLSS升高到018～112kgBOD/kgMLSS左右。一般认为,活性污泥法的污泥负荷>013kgBOD/kgMLSS易发生污泥膨胀。

我们接着对进水水质进行24小时定时采样化验分析,发现进水水质波动大,峰值期间COD高达2000mg/l,已远远超出设计值,而正常情况下COD只在900～1200mg/l之间。进水颜色深,并带有刺激性气味。对水质做进一步的有机污染物成分分析,发现废水中可溶性有机物含量多,废水中碳源含量多且以糖类为主。一般而言,活性污泥中的丝状菌与其他游离细菌相比较,对高分子物质的水解能力弱,也难以吸收不溶性物质。为此,当废水中含可溶解性有机物多时,丝状菌就易于利用与自身繁殖,这样就易于发生丝状菌膨胀。由于低分子有机物易于微生物降解,加快了曝气池耗氧速率,容易造成曝气池缺氧。虽然丝状菌是好氧性细菌,但在活性污泥的低溶解氧条件下大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖时,因其具有较长的菌丝,比表面积大,更易于夺得溶解氧进行生长繁殖,故在低氧环境中它们仍可在竞争中取得优势,从而会引发氧的限制型污泥膨胀。
我们沿流程方向在曝气池的前中后端对溶解氧进行测定,其结果如表1。

从表1中可以看出在曝气池的前端DO(溶解氧)≤015mg/l,处于缺氧或厌氧状态,中间和后端DO≥210mg/l。通过对照丝状菌和菌胶团的生理和生化性质的差异,见表Ê,证实了上述说法的正确,即进水含有大量易降解可溶性有机污染物,造成曝气池供氧不足,在曝气池前端出现缺氧或厌氧状态引起丝状菌的过度生长,使活性污泥系统发生了丝状菌污泥膨胀。此外,丝状菌的生长不是一个简单的可逆过程,虽然在曝气池的中后部DO(溶解氧)逐渐上升到正常水平,但已不能减少丝状菌的数量。

4.2　pH和污泥膨胀的发生
　　
我们还发现这期间进水pH值偏低,在4.8～6.2之间波动。原因是新进厂的蔗渣产生的废水偏酸,造成进水pH偏低。一般认为在活性污泥法运行中,为了使活性污泥正常发育、生长,曝气池的pH值应保持在6.5～8.0范围内。国内外研究报道,混合液的pH低于6.0,有利于丝状菌的生长,而菌胶团的生长受到抑制;pH值降至4.5时,真菌将完全占优势,原生动物大部分消失,严重影响污泥的沉降分离和出水水质。

5　膨胀控制措施
　　
清楚污泥膨胀的原因,我们就可以对症下药,采取针对性的控制措施。由于活性污泥在二沉池内不能正常沉淀下来,污泥大量流失。采取停止进水闷曝,排泥后投加营养,引进生活污水使污泥复壮。针对系统中的活性污泥量不足,我们采用投加脱水生污泥的方法,使曝气池污泥浓度(MLSS)达到1000mg/l以上,利用脱水污泥的比重改善污泥的沉降性能,增加污泥量。改善提高活性污泥的絮凝性和沉降性。使用无机助沉剂CaO,可以提高污泥的沉降性能,调节pH值,但生成的CaCO3容易阻塞曝气膜;投加有机絮凝剂,效果并不理想,因絮凝剂也是一种有机物,能被微生物降解。单独投加有机絮凝剂聚丙烯酰胺,在试验过程中我们观察到,在进行曝气反应的第一个周期,SV(沉降比)降低较多,从而SVI(污泥指数)也大幅度降低,但经过2～4个周期后,污泥SV(沉降比)又逐渐上升而恢复到接近原废水样状态。这是由于随着曝气与搅拌及微生物等作用,加入水样中的高分子絮凝剂分子链断裂而逐渐失去作用,包括丝状菌在内的微生物又恢复到接近初始状态,这可通过镜检观察到。最后,我们决定采用高分子絮凝剂聚丙烯酰胺和价格低廉的Ca(OH)2相结合的方法。在曝气池的前端投加絮凝剂与Ca(OH)2,聚丙烯酰胺浓度为2000mg/l,同时通过pH计自动控制投加浓度为10%Ca(OH)2溶液,调节pH值到7～8,经过运行试验,取得了较好的效果,污泥SV及SVI都有大幅度降低,污泥膨胀得到了有效控制。这是由于一方面加入的絮凝剂改善了污泥结构,另一方面由于所加入的Ca(OH)2不仅可增加活性污泥絮体比重,改善沉降性能,而且由于所加Ca(OH)2可调节环境的pH值,从而改善微生物的生存环境,而作为相对比表面积较大的丝状菌在这种状态下首先受到抑制与伤害,而其他微生物被包裹在由于絮凝剂的加入并由丝状菌作骨架形成的较大菌胶团中,相对伤害较小,从而控制了由于丝状菌过度繁殖造成的污泥膨胀。当污泥得到暂时的稳定后,紧接着采取根治措施,彻底控制污泥膨胀。发生污泥膨胀的时候,一般无法从工艺流程、池型和曝气方式的改变来解决,只能在正在运行的流程基础上通过改变生化池内的微生物的生长环境来抑制或消除丝状菌的过度繁殖。具体的实施措施如下:

①加大回流污泥泥量,降低污泥在二沉池内停留时间,防止形成厌氧状态。调整混合液中的营养物质平衡,即保证BOD∶N∶P=100∶5∶1的要求。

②加强曝气,提高曝气首端的DO值,改善生化系统环境,利用生物竞争机制抑制丝状菌的过度繁殖,促使所需的菌胶团大量生长,成为优势菌群,从根本上控制污泥膨胀的发生和发展。

③大多数的丝状菌的世代周期长(一般≥9天),可以通过加强剩余污泥排放控制,缩短污泥龄,使丝状菌在活性污泥系统中逐渐减少、消失,从而使活性污泥性能逐渐恢复正常,消除膨胀。

④增大均调池的鼓风量,提高对原污水的预曝气作用,使原污水在进入曝气池之前含有较高的DO值,以防止曝气池首端缺氧。

⑤查明进水出现冲击污染负荷的原因,从源头上,彻底防止冲击污染负荷或水量负荷对污水处理正常、稳定运行的破坏。经过采取上述措施调整运行后,活性污泥SVI降到了100左右,活性污泥菌胶团恢复到正常状态,沉淀池的出水变澄清,污泥膨胀得到控制,并且曝气池表面大量棕褐色泡沫也随之消失。

6　结　论
　　
冲击负荷是造成污泥膨胀的主要原因。污水处理在稳定的流量和浓度条件下长期运行的结果是菌胶团占优势,流量或浓度的改变会引起丝状菌的过度生长。因此,污水处理在运行中应注意保持进水的连续、均匀性,水质的稳定。总的来说,在发生污泥膨胀时,需要水处理工作者根据实际情况作大量切实的实验和分析,大胆实践,才能解决问题。

参考文献
[1]　刘大鹏,王继敏1SBR运行中污泥膨胀的发生与控制1中国给水排水,2002,18(10)1
[2]　王凯军1统一的活性污泥丝状菌型膨胀理论1环境科学,1993,14(2)1
[3]　郭迎庆1生物选择器控制污泥膨胀的机理及其设计1中国给水排水,2002,18(8):59～611
[4]　周　利,彭永臻,等1丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制1环境科学进展,1999,7(1)1
[5]　王凯军,许晓鸣1丝状菌污泥膨胀理论分析1中国给水排水,2002,17(3)1
[6]　(日)田口广著;孙玉修,蔡汉弟译1活性污泥膨胀与控制对策1北京:中国建筑工业出版社,19821  来源：谷腾水网