城市污水處理廠污泥膨脹原因分析及控制方法

楊冬梅

(山西省永濟(jì)市污水處理有限責(zé)任公司,山西永濟(jì)044500)

1 引言

百樂克工藝是一種適宜于城市污水處理廠的具有脫氮除磷功能的多級(jí)活性污泥處理系統(tǒng),通過多級(jí)A/O懸浮鏈移動(dòng)曝氣,使污水中的C、N、P能夠在多次的缺氧與好氧過程中通過微生物得到降解,它具有占地緊湊、工藝穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。

污泥膨脹問題是活性污泥自產(chǎn)生以來一直伴隨并常常發(fā)生的一個(gè)棘手的問題。其主要特征包括污泥結(jié)構(gòu)松散,質(zhì)量變輕,沉淀壓縮性能差;SV(沉降比)增大,有時(shí)達(dá)到90%以上,SVI(污泥體積指數(shù))達(dá)到300m L/g以上;大量污泥流失,嚴(yán)重時(shí)出水渾濁;二沉池水難以固液分離,回流污泥濃度低,經(jīng)常伴隨大量的粘性泡沫產(chǎn)生,整個(gè)生化系統(tǒng)無法維持正常工作。發(fā)生污泥膨脹是較為嚴(yán)重的生化處理現(xiàn)象之一,它具有發(fā)生率極高、發(fā)生較普遍、危害嚴(yán)重、難于控制等特點(diǎn),嚴(yán)重時(shí)影響出水水質(zhì),并危害整個(gè)生化系統(tǒng)的運(yùn)作。下面通過分析永濟(jì)市城市污水處理廠百樂克工藝系統(tǒng)產(chǎn)生污泥膨脹的原因,進(jìn)一步提出了污泥膨脹的相應(yīng)控制措施。

2 污水處理廠設(shè)計(jì)概況

永濟(jì)市污水處理廠位于永濟(jì)市振興西街,規(guī)劃規(guī)模為4萬m3/d,處理工藝采用德國(guó)的BIOLAK生化處理技術(shù),其處理工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程

該污水處理采用懸浮鏈移動(dòng)曝氣,工藝參數(shù)為：進(jìn)水：溫度 15～35℃,BOD5≤220m g/L;CODcr≤380mg/L;SS≤220mg/L;NH 3-N≤40m g/L總P≤4;pH 值為6～9。出水：BOD5≤30mg/L;CODcr≤100mg/L;SS≤30mg/L;NH 3-N ≤40mg/L;總P≤4;pH 6～9。出水達(dá)到“城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”(GB18918-2002)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 污泥膨脹類型的判斷

活性污泥膨脹有兩種類型：絲狀菌大量繁殖引起的絲狀菌污泥膨脹;由于菌膠團(tuán)細(xì)菌大量累積高粘性物質(zhì)或細(xì)菌過量增殖引起的非絲狀菌型污泥膨脹。污泥膨脹發(fā)生后,曝氣池污泥的沉降比由30%左右上升至90%以上;SV I值由正常的100～150上升至300～500。表1是永濟(jì)市污水處理廠2008年6月發(fā)生污泥膨脹后SV、SV I的變化情況。

表1 污泥膨脹后SV、SV I的測(cè)定 g/L

6月16日開始通過剩余污泥泵大量向外排泥,污泥濃度降低,但30m in沉降比仍然繼續(xù)升高,并且膨脹污泥靜止沉淀時(shí)看不到絮體,整個(gè)活性污泥成層下沉,濃縮效果極差,對(duì)發(fā)生的膨脹污泥作鏡檢觀察,發(fā)現(xiàn)污泥中的絲狀菌數(shù)量異常增多,絲狀菌間的架橋作用干擾絮體間的接近,妨礙了絮體的沉淀和壓實(shí),使得絮體極為松散,密閉性變差,有較多的滴蟲,側(cè)跳蟲、豆形蟲等散落其中,規(guī)則的菌膠團(tuán)數(shù)量大大減少,所以斷定是絲狀菌污泥膨脹。

4 膨脹原因分析

4.1 污泥負(fù)荷率和污泥膨脹的關(guān)系

活性污泥系統(tǒng)的污泥負(fù)荷率,運(yùn)行初期小于0.042kgBOD/kgM LSS,后來升高到0.14～0.25kgBOD/kgM LSS左右。一般認(rèn)為,活性污泥法的污泥負(fù)荷大于0.13kgBOD/kgM LSS易發(fā)生污泥膨脹[1]。再對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行48h采樣化驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大,峰值期間 COD高達(dá) 1 000m g/L,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)值,而正常情況下COD只在200～400mg/L之間。對(duì)水質(zhì)做進(jìn)一步的有機(jī)污染物成分分析,發(fā)現(xiàn)廢水中可溶性有機(jī)物含量多,廢水中碳源含量多以上游印染廠退漿成分為主。當(dāng)廢水中含可溶解性有機(jī)物多時(shí),絲狀菌就易于利用與自身繁殖,這樣就易于發(fā)生絲狀菌膨脹[2]。

4.2 溶解氧和污泥膨脹的關(guān)系

絲狀菌生長(zhǎng)時(shí)需要有太多的碳源,對(duì)氧和磷的要求較低。特別是對(duì)氧的要求與菌膠團(tuán)區(qū)別更明顯。菌膠團(tuán)要求有較多的氧(至少0.05m g/L以上)才能很好的生長(zhǎng),而絲狀菌在微氧環(huán)境中也能很好的繁殖[3]。由于該公司進(jìn)水中大量淀粉類有機(jī)物易于微生物降解,加快了曝氣池耗氧速率,造成曝氣池缺氧,絲狀菌具有在低氧環(huán)境中取得優(yōu)勢(shì)的較長(zhǎng)菌絲,比表面積大,更易于奪得溶解氧進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,從而會(huì)引發(fā)氧的限制型污泥膨脹。在2008年6月沿流程方向在曝氣池的前中后端對(duì)溶解氧進(jìn)行測(cè)定,其結(jié)果如表2。

表2 曝氣池前中后端溶解氧的測(cè)定 mg/L

從表2中可以看出在曝氣池的前端大多DO(溶解氧)＜0.5mg/L,處于缺氧或厭氧狀態(tài),中間和后端DO大于1.0mg/L。上表也說明進(jìn)水含有大量易降解可溶性有機(jī)污染物,造成曝氣池供氧不足,在曝氣池前端出現(xiàn)缺氧或厭氧狀態(tài)引起絲狀菌的過度生長(zhǎng),使活性污泥系統(tǒng)發(fā)生了絲狀菌污泥膨脹。此外,絲狀菌的生長(zhǎng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的可逆過程,雖然在曝氣池的中后部溶解氧逐漸上升到正常水平,但絲狀菌的增長(zhǎng)局勢(shì)已不可避免。

4.3 低負(fù)荷環(huán)境與污泥膨脹的關(guān)系

正?；钚晕勰嘣诘拓?fù)荷狀態(tài)下會(huì)發(fā)生活性污泥老化現(xiàn)象,并最終影響到活性污泥對(duì)有機(jī)物的去除效果。絲狀菌對(duì)低負(fù)荷環(huán)境有極強(qiáng)的適應(yīng)能力,依靠其巨大的比表面積維持其生長(zhǎng)繁殖。我們知道,百樂克工藝是一種低負(fù)荷活性污泥工藝,污泥濃度高,泥齡長(zhǎng),而在該廠運(yùn)行期間,由于沒有及時(shí)排泥,造成泥齡越長(zhǎng),污泥負(fù)荷越低,此時(shí)細(xì)菌分解或水解大分子物質(zhì)所需的胞外酶越少,隨著泥齡的增加,菌膠團(tuán)的衰減系數(shù)增大,發(fā)生自溶的細(xì)菌數(shù)量也會(huì)增加,多糖類物質(zhì)作為細(xì)胞物質(zhì)的重要組分之一會(huì)釋放到細(xì)胞外,將引起胞外組分中多糖含量的增加。而這種胞外聚合物的增加對(duì)活性污泥的絮凝性、沉降性有重要的影響[4]。

4.4 pH值和污泥膨脹的關(guān)系

經(jīng)采樣發(fā)現(xiàn)該廠污泥膨脹期間進(jìn)水pH值有時(shí)偏低,在4.5～6.0之間波動(dòng)。原因是上游印染廠加酸系統(tǒng)出現(xiàn)故障,外排的廢水偏酸,造成進(jìn)水pH偏低。一般認(rèn)為在活性污泥法運(yùn)行中,曝氣池的pH值應(yīng)保持在6.5～8.0范圍內(nèi)?；旌弦旱膒H低于6.0有利于絲狀菌的生長(zhǎng),而菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)受到抑制,這也為污泥膨脹創(chuàng)造了條件。

5 污泥膨脹控制措施

5.1 污泥負(fù)荷的有效控制

停止進(jìn)水大量排泥,排泥后引進(jìn)生活污水使污泥復(fù)壯,使偏離正常值的污泥負(fù)荷回歸到正?？刂品秶鷥?nèi)。

5.2 改善污泥的沉降性能

針對(duì)系統(tǒng)中的膨脹污泥特性,采用投加脫水生污泥的方法,一方面使曝氣池污泥濃度達(dá)到2 500 m g/L以上,另一方面利用脫水污泥的比重改善污泥的沉降性能,增加污泥重量。

5.3 改善提高活性污泥的絮凝性和pH值

利用投加無機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁和Ca(OH)2相結(jié)合的方法,在曝氣池的前端投加絮凝劑與Ca(OH)2,調(diào)節(jié)pH值到7～8,經(jīng)過運(yùn)行試驗(yàn)得知,污泥SV及SVI都有大幅度降低,污泥膨脹得到了有效控制。表3為采取上述3項(xiàng)措施后污泥SV及SVI的變化情況。

表3 2008年 7月 8-7月16日污泥SV及 SVI的測(cè)定g/L

5.4 其他膨脹擬制劑

“Bulhibitor”是一種能對(duì)引起污泥膨脹的絲狀菌進(jìn)行選擇性攻擊、溶解,以徹底消除污泥膨脹的新型藥劑。Bulhibitor的添加量因污泥的膨脹狀況、M LSS濃度、絲狀細(xì)菌的種類而異,生活污水處理廠的曝氣池內(nèi)用量一般為100～250mg/L[5]。

當(dāng)膨脹污泥得到臨時(shí)有效控制后,再通過采取調(diào)控微生物環(huán)境的措施徹底控制污泥膨脹。發(fā)生污泥膨脹的時(shí)候,一般無法從工藝參數(shù)控制和曝氣方式的改變來解決,只能在正在運(yùn)行的流程基礎(chǔ)上通過改變生化池內(nèi)的微生物的生長(zhǎng)環(huán)境來抑制或消除絲狀菌的過度繁殖。具體的實(shí)施措施如下。

(1)在溶解氧方面,加強(qiáng)曝氣,提高曝氣池首端的DO值,必須控制曝氣池首端的DO值大于1.0mg/L以上,改善生化系統(tǒng)環(huán)境,利用生物競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制抑制絲狀菌的過度繁殖,促使所需的菌膠團(tuán)細(xì)菌大量生長(zhǎng),成為優(yōu)勢(shì)菌群,從根本上控制污泥膨脹的發(fā)生和發(fā)展。

(2)加大回流污泥量,降低污泥在二沉池內(nèi)停留時(shí)間,以免絲狀菌在此發(fā)生厭氧環(huán)境優(yōu)勢(shì)增殖,同時(shí)調(diào)整混合液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡,即保證C∶N∶P=100∶5∶1的要求 。

(3)大多數(shù)的絲狀菌的世代周期長(zhǎng)(一般≥9d),可以通過加強(qiáng)剩余污泥排放控制,縮短污泥齡,使絲狀菌在活性污泥系統(tǒng)中逐漸減少、消失,從而使活性污泥性能逐漸恢復(fù)正常,逐漸消除膨脹[6]。

(4)尋找進(jìn)水出現(xiàn)沖擊污染負(fù)荷的原因,從源頭上,徹底防止沖擊污染負(fù)荷對(duì)污水處理系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行的破壞。

經(jīng)過采取上述措施調(diào)整運(yùn)行后,活性污泥SVI降到了150以下,活性污泥菌膠團(tuán)恢復(fù)到正常狀態(tài),二沉池的出水變澄清,污泥膨脹得到控制,并且曝氣池表面大量生物泡沫也隨之消失。

6 結(jié)語

由分析得知,沖擊負(fù)荷是造成該廠污泥膨脹的主要原因。污水處理在穩(wěn)定的污泥負(fù)荷條件下運(yùn)行,污泥沉降比、污泥容積指數(shù)很容易控制在正常值內(nèi),而進(jìn)水負(fù)荷的巨大改變導(dǎo)致活性污泥中起主要作用的菌膠團(tuán)細(xì)菌收到?jīng)_擊而擬制,反而引起適應(yīng)能力強(qiáng)的絲狀菌過度生長(zhǎng)。因此,城市污水處理廠采用百樂克工藝處理污水應(yīng)注意：只有在運(yùn)行中保持進(jìn)水的連續(xù)性、均勻性及水質(zhì)的穩(wěn)定性,才能為后續(xù)工藝控制提供條件,為菌膠團(tuán)細(xì)菌提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境從而控制污泥膨脹的發(fā)生。

[1]周 利,彭永臻.絲狀菌污泥膨脹的影響因素與控制[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1999,7(1)：1～ 2.

[2]王凱軍.活性污泥膨脹的機(jī)理與控制[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1992.

[3]張三豐.活性污泥法工藝控制[M].北京：中國(guó)電力出版社,2007.

[4]李 鵬,周 利.藥劑法在控制絲狀菌污泥膨脹中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2008(7)：17～18.

[5]龍向宇,唐 然.污泥齡對(duì)胞外聚合物組分與表面限制的影響[J].中國(guó)給水排水,2008(15)：61～ 62.

[6]田口廣.活性污泥膨脹與控制對(duì)策[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1982.