SBR工藝活性污泥膨脹原因分析及調(diào)控措施

簡耀先

（貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550399）

0 引 言

改良型SBR工藝是近年發(fā)展起來的一種先進(jìn)的序批式活性污泥法脫氮工藝，與傳統(tǒng)SBR工藝相比，改良型SBR工藝通過在單個池內(nèi)多次重復(fù)進(jìn)行的曝氣、攪拌、沉淀、排放（排水、排泥）操作，創(chuàng)造好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，利用好氧、缺氧、厭氧微生物完成分解有機(jī)物（BOD）和脫除氨氮 （NH3-N）的生化處理過程。改良型SBR工藝考慮了短程硝化-反硝化、厭氧氨氧化、硝化-反硝化新生物脫氮技術(shù)應(yīng)用的可能，既能有效地保證硝化率，又能很好地促進(jìn)反硝化作用，具有占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備簡單、維護(hù)方便、自動化程度高、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于污水處理系統(tǒng)中。但在改良型SBR工藝系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，往往會出現(xiàn)污泥膨脹的現(xiàn)象，以下結(jié)合貴州開陽化工有限公司（簡稱開陽化工）改良型SBR污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行情況，就污泥膨脹的原因進(jìn)行分析，并介紹開陽化工針對這一問題采取的調(diào)控措施。

1 污水處理系統(tǒng)概況

開陽化工500kt／a合成氨項(xiàng)目屬貴州省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目、貴陽循環(huán)經(jīng)濟(jì)（國家）生態(tài)工業(yè)示范基地重點(diǎn)項(xiàng)目，其工藝路線為干煤粉加壓氣化、耐硫變換、低溫甲醇洗＋超級克勞斯、液氮洗、氨合成。本項(xiàng)目污水處理系統(tǒng)采用改良型SBR工藝，污水以氣化污水為主，設(shè)計(jì)污水處理量210m3／h，8h為1個運(yùn)行周期。污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為COD≤425mg／L、BOD≤319.7mg／L、氨氮≤400mg／L、硫化物≤1.0 mg／L、總磷≤4mg／L、SS≤80.9mg／L、pH＝6～9、溫度30～40℃；設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)主要為COD≤60mg／L、BOD≤20mg／L、氨氮≤15mg／L、硫化物≤0.12mg／L、總磷≤0.3mg／L、氰化物≤0.5mg／L、SS≤70mg／L、pH＝6～9，即要求達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的一級標(biāo)準(zhǔn)。

從上述設(shè)計(jì)指標(biāo)來看，污水處理系統(tǒng)來水水質(zhì)總磷偏高，在滿足系統(tǒng)自身需求之外還需添加除磷劑來保證出水指標(biāo)合格，據(jù)SBR生化系統(tǒng)C∶N ∶P＝100∶5∶1的營養(yǎng)比例（N以NH3-N計(jì)，P以PO4-P計(jì)），系統(tǒng)的碳氮比不足，需按污水水質(zhì)、水量投加甲醇（碳源）。

2 活性污泥膨脹現(xiàn)象

2020年2月初，4座SBR池在潷水時發(fā)現(xiàn)有部分絮體帶出，SV30均升至60%～70%，而且在最初沉降10min時效果不好，污泥顏色由原來的深褐色變成淺黃色，無土腥味，之后通過在第二次曝氣過程中加PAC（聚合氯化鋁）后，潷水時水體帶泥減少，水體還算清澈；但此后隨著運(yùn)行時間的推移，解絮膨脹現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，再增加PAM （聚丙烯酰胺）的投加，可勉強(qiáng)確保潷水時水體清澈；當(dāng)SBR池內(nèi)活性污泥全部出現(xiàn)解絮膨脹的現(xiàn)象后，加再多的PAC、PAM，出水均呈渾濁狀態(tài)，懸浮物超標(biāo)，污泥沉降效果不好，最終SV30高達(dá)100%。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，如果線狀菌在整體菌落中占主導(dǎo)地位時，污泥活性不好，大量的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌會死亡，污水系統(tǒng)將陷入癱瘓狀態(tài)。為進(jìn)一步確定污泥的活性和硝化細(xì)菌的反應(yīng)情況，分析檢測了進(jìn)水氨氮、COD及出水氨氮、COD、懸浮物（SS），如表1；4座SBR池污水的混合液懸浮固體濃度（MLSS）、混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）及鏡檢結(jié)果如表2。

表1 SBR池進(jìn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)mg／L

表2 4座SBR池污水的MLSS、MLVSS及鏡檢結(jié)果

3 原因分析

通過數(shù)據(jù)分析并結(jié)合現(xiàn)場情況來看，4座SBR池均已出現(xiàn)活性污泥膨脹現(xiàn)象，污泥內(nèi)硝化細(xì)菌大量死亡，氨氮降解能力大大下降，COD還能降解是因?yàn)椴捎昧诉^度曝氣的方式；出口懸浮物濃度緩慢升高，表明活性污泥膨脹越發(fā)嚴(yán)重，出現(xiàn)水渾濁現(xiàn)象。為了查清活性污泥膨脹的原因，從以下幾個方面進(jìn)行排查與分析。

3.1 進(jìn)水來源

開陽化工氣化原料煤之前采用貴州當(dāng)?shù)孛?，其灰分高、產(chǎn)氣量少，后經(jīng)改造，氣化系統(tǒng)摻燒石油焦（石油焦灰分少、產(chǎn)氣量大），摻燒比例為石油焦∶貴州當(dāng)?shù)孛海?∶2（質(zhì)量比）。摻燒石油焦后，氣化污水氨氮含量、COD值較之前有所降低，但同時污水來源中增加了反滲透濃水（反滲透濃水投加量占污水處理系統(tǒng)總進(jìn)水量的約50%），如此一來，綜合進(jìn)水營養(yǎng)源減少，系統(tǒng)整體上處于缺營養(yǎng)狀態(tài)，久而久之可能會導(dǎo)致活性污泥膨脹。

此外，在生物法處理高鹽含氮廢水的過程中，鹽分能夠直接影響溶解氧的濃度及氧氣轉(zhuǎn)移到液相的能力，進(jìn)而影響硝化菌的新陳代謝功能（鹽分高導(dǎo)致污泥中活性細(xì)菌反滲透壓高，生物膜破裂，易發(fā)生細(xì)菌死亡現(xiàn)象）和活性污泥的沉降性，并改變顆粒污泥以及生物膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生物絮體或胞外聚合物解體?？梢姡鬯幚硐到y(tǒng)進(jìn)水中加入高鹽分的反滲透濃水會對SBR工藝的硝化效率產(chǎn)生影響。

3.2 碳氮比

最近一批進(jìn)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（見表3）表明，系統(tǒng)入口污水碳氮比約為1，比設(shè)計(jì)污水進(jìn)水碳氮比還低，且來水中氨氮含量、COD值均比設(shè)計(jì)值低很多，在負(fù)荷偏低的情況下，生化池內(nèi)的有機(jī)物濃度低，相較于膠團(tuán)菌而言，絲狀菌因其鏈狀伸展的形式，更易接觸到有機(jī)物形成優(yōu)勢生長，如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不把握好碳氮比，活性污泥易長期處于饑餓狀態(tài)，大量的絲狀菌繁殖，如此一來曝氣過程中就很可能出現(xiàn)污泥解絮膨脹的現(xiàn)象。

表3 最近一批進(jìn)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

3.3 運(yùn)行時序周期表

3.3.1 設(shè)計(jì)運(yùn)行時序周期表

開陽化工改良型SBR工藝系統(tǒng)以8h為1個運(yùn)行周期，每個周期分為如下階段自動運(yùn)行。

進(jìn)水階段：此階段分兩步，第一步為時序開始時，第二步為第一次曝氣結(jié)束時，共用時1h。

反應(yīng)階段：反應(yīng)階段又分為曝氣階段和攪拌階段。曝氣（硝化）階段，由曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)池供氧，第一次曝氣時，有機(jī)污染物被微生物氧化分解，同時污水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-N，此階段用時2h；第二次曝氣除了有部分硝化作用，也將多余的甲醇（碳源）消耗掉，此階段用時2h，2次曝氣共用時4h［由于曝氣過程中溶解氧（DO）濃度一下就起來了，故設(shè)定了重復(fù)曝氣，即在設(shè)定區(qū)間內(nèi)曝氣，高于設(shè)定值曝氣風(fēng)機(jī)停運(yùn)，低于設(shè)定值曝氣風(fēng)機(jī)啟動］。攪拌（反硝化）階段，停止曝氣而繼續(xù)攪拌，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的溶解氧進(jìn)行氧化分解，反應(yīng)池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，開始進(jìn)行反硝化反應(yīng)，此階段用時2h。

潷水階段：攪拌停止，沉淀一段時間后，置于反應(yīng)池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，反應(yīng)池逐漸過渡到厭氧狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行反硝化，此階段用時1h。

加堿階段：分別于第一次曝氣和第二次曝氣時加堿，pH控制在7～8。

加甲醇階段：第一次曝氣結(jié)束時添加，亦即系統(tǒng)處于攪拌階段開始、厭氧反應(yīng)時添加。

排泥階段：攪拌停止后排泥10min。

3.3.2 摻燒石油焦后的新情況新問題

上述運(yùn)行時序適用于生產(chǎn)系統(tǒng)“工藝”未發(fā)生改變的時候，現(xiàn)階段由于氣化系統(tǒng)摻燒石油焦和污水處理系統(tǒng)投加反滲透濃水，進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生了很大的變化，進(jìn)水中營養(yǎng)物濃度低，原運(yùn)行時序已不適用于現(xiàn)有的工藝條件，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）曝氣過度。由于進(jìn)水中有機(jī)物少，當(dāng)有機(jī)物消耗完之后，多余的曝氣量所產(chǎn)生的剪切力就會破壞膠團(tuán)菌之間的粘結(jié)力，使菌膠團(tuán)變得松散破碎，宏觀特征表現(xiàn)為污泥沉降性能變差，易膨脹。簡言之，重復(fù)曝氣變相地變成了過度曝氣，是導(dǎo)致活性污泥膨脹的原因之一。

（2）甲醇投加位置不當(dāng)。當(dāng)SBR池內(nèi)微生物發(fā)生反硝化反應(yīng)時，需補(bǔ)充碳源來促進(jìn)反硝化反應(yīng)，原程序中甲醇投加的位置就是為了給反硝化細(xì)菌創(chuàng)造良好的生存條件。但從實(shí)際曝氣過程來看，溶解氧濃度上升迅速，這一方面是風(fēng)機(jī)電流大的原因，更為重要的原因是進(jìn)水中有機(jī)物變少了。為防止重復(fù)曝氣且保證曝氣充足，就要在進(jìn)水時將碳氮比調(diào)整好，據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，碳氮比應(yīng)不低于3.5。簡言之，不僅要在厭氧階段投加甲醇，而且進(jìn)水時需根據(jù)來水水質(zhì)投加甲醇。

（3）排泥時間不夠，SV30過高。由于設(shè)定排泥時間短，導(dǎo)致SV30達(dá)60% ～80%，污泥泥齡長，且過高的泥位使污泥不易形成膠團(tuán)菌，污泥老化嚴(yán)重、活性差，久而久之污泥容易發(fā)生解絮膨脹現(xiàn)象。

4 調(diào)控措施

4.1 調(diào)整運(yùn)行時序周期表

（1）進(jìn)水階段（進(jìn)水第一步）添加甲醇，以調(diào)節(jié)進(jìn)水COD，甲醇不能加多也不能加少，碳氮比不宜低于（即略高于）4，以保證曝氣過程中的營養(yǎng)比例。甲醇投加調(diào)整前后進(jìn)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的對比見表4。

表4 甲醇投加調(diào)整前后進(jìn)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)對比

（2）取消重復(fù)曝氣設(shè)置，將風(fēng)機(jī)與DO進(jìn)行聯(lián)鎖，防止過度曝氣；1個運(yùn)行周期的排泥時間由原來的固定排泥10min改為可自由設(shè)定排泥時間，排泥程序延長至潷水結(jié)束，排泥時長上限為1h。

4.2 污泥培養(yǎng)和馴化

由于出水氨氮高、懸浮物超標(biāo)，需將SBR池內(nèi)的污泥抽凈，重新進(jìn)行培養(yǎng)馴化：首先將池內(nèi)的泥水排凈，重新補(bǔ)充經(jīng)過混凝沉淀后的清澈氣化污水，按照容積5000m3計(jì)算，至少每個池子補(bǔ)兩車城市污水活性污泥，約50t；補(bǔ)完之后，曝氣4h；攪拌前補(bǔ)充甲醇400kg，攪拌4h；持續(xù)1d，不潷水；之后按設(shè)定程序運(yùn)行，每個周期進(jìn)0.1m （池高），即89m3，同時需排放0.1m（池高），進(jìn)水第一步就投加甲醇，調(diào)整碳氮比為4，同時觀察池內(nèi)氨氮含量的變化，此過程中調(diào)整風(fēng)機(jī)電流，設(shè)定曝氣溶解氧濃度為4mg／L，注意調(diào)控曝氣時間和攪拌時間，通常二者耗時相當(dāng)；當(dāng)氨氮全部完成降解后，即出水氨氮小于1mg／L時，污泥培養(yǎng)馴化完成，控制SV30為40%～50%、MLSS為4000～5000mg／L，必要時還可補(bǔ)充活性污泥。

A池污泥馴化過程（B池、C池、D池也進(jìn)行了類似的污泥馴化過程）中有關(guān)工藝數(shù)據(jù)的變化見表5?？梢钥闯?，A池經(jīng)過12d的馴化（期間分別于第2天和第5天補(bǔ)充了活性污泥），出水氨氮基本上小于1mg／L。

表5 A池污泥馴化過程中有關(guān)工藝數(shù)據(jù)的變化情況

4.3 不再接收反滲透濃水

反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水營養(yǎng)非常低，其氨氮、COD均能達(dá)到排放指標(biāo)要求，只是總磷超標(biāo)，污水處理系統(tǒng)接收反滲透濃水意味著將進(jìn)水營養(yǎng)稀釋?；钚晕勰喑霈F(xiàn)膨脹現(xiàn)象后，為保證污水進(jìn)水中的營養(yǎng)物質(zhì)充足，并保證進(jìn)水的鹽分不高，污水處理系統(tǒng)不再接收反滲透濃水，反滲透濃水考慮另上處理裝置。

4.4 每天觀察污泥的性狀和微生物的狀態(tài)

正常的活性污泥應(yīng)該是黃褐色的，污泥沉降性能好，一般10min就能沉淀下來，而且肉眼能看見污泥成團(tuán)，礬花大，聞起來或者曝氣過程中有明顯的土腥味，顯微鏡觀測狀態(tài)下膠狀細(xì)菌多、無絲狀細(xì)菌。而活性污泥膨脹狀態(tài)下，無礬花狀態(tài)下的污泥SV30異常高，污泥沉淀性能差，出水渾濁，懸浮物超標(biāo)，污泥呈淡黃色，無土腥味，顯微鏡觀測狀態(tài)下無團(tuán)狀細(xì)菌或絲狀細(xì)菌大量存在。

4.5 隨時觀察進(jìn)水水質(zhì)

隨時觀察進(jìn)水水質(zhì)，如硫化物、游離氯、氰化物等。有毒有害物質(zhì)對于微生物是致命的，在處理一些含有毒有害物質(zhì)的污水時一定要做好預(yù)處理，防止其進(jìn)入生化池。

上述措施落實(shí)后，經(jīng)過約10d時間的調(diào)整，4座SBR池均恢復(fù)正常，污泥鏡檢狀況好，沉降性能好，活性強(qiáng)。

5 結(jié)束語

污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，出水指標(biāo)的好壞關(guān)鍵在于生化處理環(huán)節(jié)。煤化工企業(yè)污水處理系統(tǒng)來水水質(zhì)不穩(wěn)定、污水中營養(yǎng)成分低會直接影響生化處理的效果。為此，需隨時監(jiān)控來水水質(zhì)，同時注意生化池內(nèi)污泥的性狀，及時調(diào)整與優(yōu)化，可采取加強(qiáng)排泥、降低污泥濃度及縮短泥齡、調(diào)整碳氮比、嚴(yán)格控制溶解氧含量等措施；對于高濃度的氨氮、COD或者其他有毒物質(zhì)的侵入，需先將其導(dǎo)入事故應(yīng)急池進(jìn)行緩沖，再擇機(jī)少量并入污水處理系統(tǒng)予以處理，以確保生化池進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定。希望上述關(guān)于SBR工藝活性污泥膨脹原因及其調(diào)控措施的總結(jié)，能為業(yè)內(nèi)提供一些參考，以便在今后污水處理系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中找準(zhǔn)類似問題的原因，從而對癥下藥。