百樂(lè)克工藝污泥膨脹原因及對(duì)策的探討

付克強(qiáng)

【摘要】選取某污水處理廠污泥膨脹時(shí)期的曝氣池污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)各個(gè)百樂(lè)克工藝段的參數(shù)進(jìn)行校核，提出對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)整。在調(diào)試過(guò)程中改變pH、污泥回流量、曝氣量、有機(jī)負(fù)荷，有利于改變污泥膨脹，做出相應(yīng)的對(duì)策，污泥沉降性能好，使出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】百樂(lè)克；藝參數(shù)；污泥膨脹；污泥沉降；對(duì)策

1、污泥膨脹原因概述

1.1 污泥膨脹綜述。廢水生物處理是利用有關(guān)微生物的代謝過(guò)程，是對(duì)廢水中有機(jī)物進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化的過(guò)程。微生物在降解有機(jī)物的同時(shí)其本身也得到了增殖。污泥膨脹有兩種類(lèi)型，一是由于活性污泥中絲狀菌大量繁殖而引起的污泥絲狀菌膨脹，二是由于菌膠團(tuán)細(xì)菌體內(nèi)大量累積高糖粘性物質(zhì)而引起的非絲狀菌性膨脹。污泥絲狀菌膨脹可根據(jù)絲狀的微生物對(duì)環(huán)境條件和基質(zhì)種類(lèi)要求的不同而劃分為五類(lèi)類(lèi)型：低基質(zhì)濃度型；低溶解氧濃度型；營(yíng)養(yǎng)缺乏型；高硫化物型；pH不平衡型。在實(shí)際運(yùn)行中，一般以污泥絲狀菌膨脹為主，占90%以上。發(fā)生污泥膨脹時(shí)，主要有以下特征：二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g；回流污泥濃度下降；二沉池中污泥層增高。

1.2 污泥膨脹相關(guān)理論假說(shuō)

1.2.1 A/V假說(shuō)：當(dāng)混合液中基質(zhì)收到限制或控制時(shí)，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強(qiáng)于菌膠團(tuán)，因而菌膠團(tuán)受到抑制，絲狀菌大量繁殖。

1.2.2 動(dòng)力選擇性理論：以微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類(lèi)微生物具有不同的最大比生長(zhǎng)速率和飽和常數(shù)，分析絲狀菌與菌膠團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)情況。

1.2.3 饑餓假說(shuō)：將活性污泥中微生物分為三類(lèi)，第一類(lèi)是菌膠團(tuán)細(xì)菌，第二類(lèi)是具有高基質(zhì)親和力但生長(zhǎng)緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類(lèi)是對(duì)溶解氧有高親和力、對(duì)饑餓高度敏感的快速生長(zhǎng)絲狀菌。

1.2.4 存儲(chǔ)選擇理論：在底物風(fēng)度的狀態(tài)下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時(shí)能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全用來(lái)解釋污泥膨脹機(jī)理。

1.2.5 氮氧化氮假說(shuō)：CASEY提出低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說(shuō)，如果缺氧區(qū)的反硝化不充分，導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮，那中間產(chǎn)物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團(tuán)的好氧細(xì)胞色素，進(jìn)而抑制其好氧情況下的基質(zhì)利用，相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮，因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O，絲狀菌就不會(huì)在好氧段被抑制，因而更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi)，污泥較為細(xì)碎。

1.3 影響污泥膨脹的因素

1.3.1 溫度。低溫有利于絲狀菌生長(zhǎng)，Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹，而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象。

1.3.2 pH?；钚晕勰辔⑸镞m宜pH范圍為6.5～8.5，pH小于6時(shí)，菌膠團(tuán)活性減弱，生長(zhǎng)受到抑制，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團(tuán)成為優(yōu)勢(shì)種群，污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時(shí)，真菌完全占優(yōu)勢(shì)。

1.3.3 DO。低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一，若DO成為限制因子，菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受抑制，而絲狀菌因具有巨大的比表面積，更易獲得溶解氧進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下，具有比菌膠團(tuán)高的比生長(zhǎng)速率，這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制，任何負(fù)荷下都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨脹。

1.3.4 F/M。低負(fù)荷情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)碳源有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用碳源，造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝（如卡魯薩爾氧化溝）、沿程分散進(jìn)水曝氣池中；低負(fù)荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹，高負(fù)荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均，好氧區(qū)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥負(fù)荷參數(shù)的影響研究表明，當(dāng)F/M<0.2kg/kg.d時(shí)，容易引發(fā)污泥膨脹；Pan和Su等人將污水通過(guò)好氧選擇器進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，將F/M調(diào)整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強(qiáng)反硝化除磷作用，有效解決了污泥膨脹。

高有機(jī)負(fù)荷下，反應(yīng)器內(nèi)底物充裕，在這種情況中菌膠團(tuán)比絲狀菌具有更強(qiáng)的吸附與存貯營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長(zhǎng)速率，抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，菌膠團(tuán)在低溶氧的條件下增殖受到抑制，而絲狀菌由于其具有更大的比表面積，即使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高于菌膠團(tuán)，發(fā)生高負(fù)荷低DO下的污泥膨脹；低負(fù)荷下由于長(zhǎng)時(shí)間缺少足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，其菌絲會(huì)從菌膠團(tuán)中伸展出來(lái)以增加其攝取營(yíng)養(yǎng)的表面積。

由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機(jī)負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的說(shuō)法也比較混亂。高低有機(jī)負(fù)荷都可能引起污泥膨脹，F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負(fù)荷下都可能發(fā)生污泥膨脹，Palm等人認(rèn)為根據(jù)負(fù)荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹，Chudoba等人認(rèn)為即使對(duì)于推流式曝氣池，雖然沿吃長(zhǎng)方向存在著高的濃度梯度，但在高負(fù)荷下也會(huì)發(fā)生污泥膨脹。

1.3.5 N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通常認(rèn)為污水中BOD5∶N：P=100∶5∶1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水，會(huì)引發(fā)絲狀菌與非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發(fā)現(xiàn)在缺N的情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；非絲狀菌污泥膨脹：BOD5/N為100∶3時(shí)，菌膠團(tuán)未能有充分的N完成代謝，于是把有機(jī)物以高親水性的多糖胞外聚合物（EPS）的形式貯存在胞外。因此要降低進(jìn)水C/N比。

1.3.6 微量元素。完全混合活性污泥法會(huì)助長(zhǎng)絲狀菌的過(guò)量生長(zhǎng)，這可用痕量金屬缺乏癥理論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團(tuán)更大的比表面積，其在痕量金屬含量不足時(shí)比后者具有更大的對(duì)痕量金屬的吸附能力，從而抑制了菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)。

1.3.7 有毒物質(zhì)。當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水廠時(shí)，活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn)，菌膠團(tuán)吸收污水中的有毒物質(zhì)后，粘性物質(zhì)分泌減少，生理活動(dòng)出現(xiàn)異常，可能引起污泥膨脹。

2、百樂(lè)克工藝

百樂(lè)克工藝是一種新型的污水處理技術(shù)，它的獨(dú)特之處在于采用低負(fù)荷的活性污泥工藝，通過(guò)一種移動(dòng)式曝氣鏈制造出波浪式的混合氧化效果，從而創(chuàng)造出各類(lèi)特種微生物的良好生長(zhǎng)環(huán)境，所以對(duì)氮磷也有很好的去除效果。

3、實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)分析

對(duì)某污水廠污泥膨脹現(xiàn)狀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3.1 pH.對(duì)進(jìn)出水pH的測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

經(jīng)過(guò)每天的測(cè)量pH都沒(méi)有低于6，所以pH并不是造成污泥膨脹的原因。

3.2 溫度。經(jīng)過(guò)測(cè)量溫度一般在17℃進(jìn)行上下浮動(dòng)，溫度大于10℃，無(wú)法引起絲狀菌過(guò)度生長(zhǎng)。

3.3 溶解氧。對(duì)曝氣池溶解氧與沉降比的測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

經(jīng)過(guò)取來(lái)的曝氣池的污泥進(jìn)行加大曝氣，測(cè)量相應(yīng)的溶解氧以及沉降比對(duì)污泥沉降比的影響，間接反應(yīng)污泥膨脹的程度。

結(jié)束語(yǔ)

低溶解氧是造成污泥膨脹的主要原因，系統(tǒng)在穩(wěn)定的進(jìn)水水質(zhì)情況長(zhǎng)期運(yùn)行菌膠團(tuán)是為優(yōu)勢(shì)菌種，低溶解氧導(dǎo)致絲狀菌的過(guò)度繁殖。因此在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中溶解氧保持在2mg/l有利于抑制絲狀菌成為優(yōu)勢(shì)菌種?？傮w來(lái)說(shuō)，在發(fā)生膨脹時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況做大量的實(shí)驗(yàn)和分析、實(shí)踐，才能解決問(wèn)題。

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