活性污泥處理化工廢水過程中的工藝調(diào)控和問題分析

摘要：化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水含有諸多有害化學(xué)物質(zhì)，合理高效的污水處理方法至關(guān)重要。近年來，以活性污泥法為代表的生化處理法在工業(yè)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，效果良好。但是由于活性污泥自身的性質(zhì)及化工廢水成分的復(fù)雜性，在利用活性污泥處理污水的生產(chǎn)過程中易發(fā)生包括污泥膨脹等在內(nèi)的各種問題。首先簡介活性污泥處理法的原理和性能指標(biāo)，再歸納其在日常運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，并針對問題提出工藝調(diào)控的解決方法，為今后該領(lǐng)域的研究及發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：活性污泥;污水處理;工藝調(diào)控?fù)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來化工廢水的排放總量約占工業(yè)廢水總排放量的20%以上，其中多含有包括硫化物、氰化物、酚、氨氮、硝基化合物等在內(nèi)的200多種有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境威脅極大［1］，所以高效的污水處理技術(shù)尤為關(guān)鍵。活性污泥法憑借其費(fèi)用低、二次污染危害少等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)的污水處理中。但是，化工生產(chǎn)過程中排放的廢水存在水質(zhì)和水量波動較大的特點(diǎn)，此外，活性污泥法處理過程中由于配套設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及氣候條件等不確定性因素的存在，會導(dǎo)致活性污泥生長環(huán)境發(fā)生變化，進(jìn)而改變活性污泥性狀，從而影響污泥中微生物的生化反應(yīng)過程，降低污水處理質(zhì)量。本文以簡述活性污泥的性質(zhì)及其在污水處理中的作用原理為基礎(chǔ)，總結(jié)能夠?qū)崟r反映活性污泥性狀的指標(biāo)，再針對活性污泥在運(yùn)行管理中存在的問題提出相應(yīng)的調(diào)控辦法，最后對未來活性污泥處理污水技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。

1活性污泥的性質(zhì)及在污水處理中的作用

活性污泥成分復(fù)雜，其中有機(jī)物含量較多，占比75%～85%，主體是以細(xì)菌、原生動物和后生動物等組成的活性微生物聚集體?；钚晕勰嗟慕Y(jié)構(gòu)疏松，比表面積大，對工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物有很強(qiáng)的吸附和氧化效果。

以活性污泥凈化污水的原理來講，大致分為生物體的吸附作用、微生物的代謝過程以及凝聚與沉淀作用。其中，微生物的代謝過程為凈化污水的核心過程，該階段主要內(nèi)容為微生物在有氧條件下，將從污水中吸收的污染物通過自身代謝作用而降解，一部分最終氧化為CO2和H2O［2］，另一部分則轉(zhuǎn)化為用于微生物自身生長代謝的營養(yǎng)物質(zhì)。此外，凝聚與沉淀階段中固液分離的效果也會直接影響后段出水的懸浮物、COD等重要指標(biāo)。

2活性污泥的性能檢測指標(biāo)

由于活性污泥的代謝涉及物理、化學(xué)、生物化學(xué)等多種反應(yīng)機(jī)制，所以在使用活性污泥處理污水的運(yùn)行中需要動態(tài)監(jiān)測活性污泥的各項(xiàng)指標(biāo)，保障其正常工作。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，以下指標(biāo)需格外關(guān)注：（1）活性污泥的宏觀檢測，主要包括污泥的顏色、氣味等，正常的活性污泥應(yīng)該呈茶褐色，并具有鮮活的光澤。（2）污泥沉降比（SV），該項(xiàng)指標(biāo)的測量方法極為簡便，在行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，一般取活性污泥所在的曝氣池中100 mL樣品于量筒中靜置30 min，泥水分界面的高度即為測定值。SV是直接反映污泥沉降性能的參數(shù)，SV越小，表示污泥具有更好的沉降性能。對SV的密切監(jiān)測往往能及時預(yù)防活性污泥的大規(guī)模膨脹，確保系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。（3）污泥濃度（MLSS），該指標(biāo)表示的是單位容積泥水混合液中活性污泥固體物的總質(zhì)量。理論上講，每個活性污泥處理系統(tǒng)都有最佳MLSS值。（4）生物相鏡檢，該方法操作十分簡便，即使用光學(xué)顯微鏡觀察活性污泥中微生物的種類、數(shù)量和運(yùn)動狀態(tài)等，通常情況下可以作為一種定性檢測手段，對處理系統(tǒng)中的污泥和水體特征進(jìn)行一個總體狀況的評估，但由于活性污泥處理法的復(fù)雜性，單獨(dú)的生物相檢測并不能反映出系統(tǒng)運(yùn)行狀況的良好與否，所以往往作為前面幾種方法的補(bǔ)充檢測方法。

3目前工業(yè)應(yīng)用存在的問題及解決方法

3.1活性污泥膨脹

活性污泥膨脹是目前工業(yè)應(yīng)用中最常見的異常問題之一。它主要指一個或多個因素改變后活性污泥絮體中的絲狀菌過度繁殖或結(jié)合水增多，導(dǎo)致污泥結(jié)構(gòu)松散，體積膨脹，沉降性能降低，泥水界面不斷上升，最終使得大量污泥從沉淀池內(nèi)流失。嚴(yán)重的活性污泥膨脹會大幅降低活性污泥濃度，破壞系統(tǒng)正常的生化代謝過程，甚至造成生化系統(tǒng)崩潰。

SV數(shù)值是常用的判定活性污泥膨脹與否的依據(jù)，在運(yùn)行過程中SV的異常升高往往和污泥膨脹有關(guān)。目前工業(yè)上解決活性污泥膨脹的方法大致分為3個方向，分別為臨時控制法、工藝調(diào)控法及永久性控制法。其中，工藝調(diào)控法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍，主要有如下幾種措施：（1）通過在線儀表實(shí)時監(jiān)控來水水質(zhì)及水量，及時發(fā)揮調(diào)節(jié)池作用，有效控制活性污泥系統(tǒng)的進(jìn)水指標(biāo)，保證活性污泥的處理負(fù)荷在合適范圍。（2）加強(qiáng)系統(tǒng)中的曝氣強(qiáng)度，提高泥水混合液的溶解氧含量，防止出現(xiàn)缺氧和厭氧情況。（3）提高污泥回流比，降低污泥在沉淀池中的停留時間，也可加大剩余活性污泥排放，及時將厭氣或老化的污泥排出系統(tǒng)外。（4）向系統(tǒng)中投加包括消石灰在內(nèi)的堿性物質(zhì)，提高活性污泥的沉降性能，抑制膨脹現(xiàn)象。

表1為某污水處理廠生化曝氣池在2種污泥沉降比工況下的處理數(shù)據(jù)對比，可以看出在來水水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，SV在60%和90%時出水指標(biāo)有較大差異，SV在60%時，COD去除率達(dá)到52%，氨氮去除率達(dá)到38%，但SV在90%時，COD去除率僅為44%，氨氮去除率僅為22%。造成兩者差別的主要原因?yàn)槲勰嗯蛎洉绊懻５奈勰喑两敌?，進(jìn)而降低污泥氧化分解來水中COD以及氨氮的能力。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中要積極采取上述措施防止污泥膨脹，保證活性污泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行。表1某污水處理廠2種污泥沉降比下曝氣池部分出水?dāng)?shù)據(jù)指標(biāo)對比項(xiàng)目出水指標(biāo)/（mg·L-1）來水COD=750氨氮=36SV60%時曝氣池出水COD=360氨氮=22SV90%時曝氣池出水COD=420氨氮=28

3.2活性污泥不增長或減少

適當(dāng)?shù)幕钚晕勰酀舛仁潜Ｕ舷到y(tǒng)生化處理能力的關(guān)鍵。但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)以下幾類因素會導(dǎo)致活性污泥數(shù)量不增長甚至減少，需要針對不同原因采取相應(yīng)措施予以解決。（1）針對污泥膨脹導(dǎo)致活性污泥從系統(tǒng)中大量流失，造成污泥總量減少的情況，需要具體分析活性污泥膨脹的原因，結(jié)合本文上一節(jié)所總結(jié)的方法進(jìn)行處理，旨在提高污泥的沉淀效率，降低污泥流失的速度，保證系統(tǒng)中活性污泥總量維持在合適水平。（2）進(jìn)水負(fù)荷較低會導(dǎo)致維持活性污泥生長繁殖的有機(jī)營養(yǎng)物含量不足，使活性污泥中的微生物處于內(nèi)源呼吸和自身氧化階段，使污泥量減少，可通過提高進(jìn)水水量來增大系統(tǒng)處理負(fù)荷，也可降低曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速或者停運(yùn)部分曝氣機(jī)來降低混合液中的溶解氧含量，防止污泥過度氧化。（3）營養(yǎng)物質(zhì)含量不平衡也會導(dǎo)致活性污泥的生長繁殖受到抑制，及時補(bǔ)充氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)即可。（4）剩余活性污泥的排放量過大，可通過降低活性污泥排放來控制污泥濃度。

表2為某污水處理廠2種污泥濃度下曝氣池部分出水?dāng)?shù)據(jù)指標(biāo)對比，可以看出在來水水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，MLSS在2 g/L和4 g/L時，出水指標(biāo)有較大差異，MLSS在2 g/L時，COD去除率僅為37%，氨氮去除率僅為15%，但MLSS在4 g/L時，COD去除率達(dá)到46%，氨氮去除率達(dá)到23%。造成兩者差別的主要原因即為較低的污泥濃度難以對來水的各類有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行有效處理轉(zhuǎn)化，來水中大量的COD以及氨氮并未經(jīng)有效處理而流出。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中要積極采取上述措施控制生化系統(tǒng)中的污泥濃度，確保來水中的各類污染物能得到充分處理。表2某污水處理廠2種污泥濃度下曝氣池部分出水?dāng)?shù)據(jù)指標(biāo)對比項(xiàng)目出水指標(biāo)/（mg·L-1）來水COD=720氨氮=34MLSS 2 g/L時曝氣池出水COD=450氨氮=29MLSS 4 g/L時曝氣池出水COD=385氨氮=26

3.3活性污泥解體

運(yùn)行良好的活性污泥系統(tǒng)中往往SV和SVI波動不會太大，即便是比較輕微的活性污泥膨脹，也不會引起SV和SVI的大幅波動上升，而如果運(yùn)行過程中出現(xiàn)這2個參數(shù)的異常升高，一般預(yù)示著活性污泥解體，此類問題相較于前兩者更加嚴(yán)重，會導(dǎo)致生化處理能力急劇下降。

大部分情況下活性污泥解體都是由于污泥中毒，而來水水體中的高濃度有毒物質(zhì)或者有機(jī)物質(zhì)又是造成污泥中毒的直接原因，在化工企業(yè)中這種現(xiàn)象發(fā)生較多，在短時間內(nèi)這種水質(zhì)極差的水體進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)即能導(dǎo)致微生物的生化功能受到損害甚至喪失，失去凈化作用。所以處理此類問題的關(guān)鍵在于及時將惡性來水切出系統(tǒng)，或者將其與其他正常污水混合后再行處理。此外，有機(jī)處理負(fù)荷長時間偏低的同時又不及時降低曝氣量，也會導(dǎo)致污泥自身過度氧化，沉降性能急劇下降，從而大幅降低活性污泥活性，但此種情況下活性污泥惡化的速度會比較慢。在此期間通過各種手段降低曝氣量或者曝氣池運(yùn)轉(zhuǎn)間數(shù)，可以有效解決問題，一般情況下不會導(dǎo)致整個生化系統(tǒng)崩潰［3］。

4結(jié)論

從簡述活性污泥的性質(zhì)及其在污水處理中的作用原理入手，介紹了能夠?qū)崟r反映活性污泥性狀的SV、SVI、MLSS等指標(biāo)，針對活性污泥在運(yùn)行管理中存在的活性污泥膨脹、活性污泥不增長或者減少以及活性污泥解體的問題，提出不同情況相應(yīng)的解決方案，旨在保證活性污泥的凈化性能，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

由于活性污泥結(jié)構(gòu)的特殊性及影響其生長因素的復(fù)雜性，加之各企業(yè)活性污泥處理裝置在來水水質(zhì)水量、環(huán)境溫度、配套設(shè)備等各項(xiàng)條件的差異性，在活性污泥法運(yùn)行管理的過程中遇到的問題需要結(jié)合自身的具體情況具體分析，部分處理思路存在共通性?？偨Y(jié)如下：（1）在使用活性污泥法處理污水時需要加強(qiáng)對活性污泥各指標(biāo)的監(jiān)控，準(zhǔn)確地分析數(shù)據(jù)可以良好反映活性污泥的性能，有助于較早發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。（2）對活性污泥系統(tǒng)裝置的配套儀表進(jìn)行及時維護(hù)和更新，尤其是監(jiān)測進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的COD、pH、氨氮等儀表要確保準(zhǔn)確無誤。對儀表數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控有利于操作及管理人員掌握生化系統(tǒng)的處理能力，針對不同情況及時進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整。（3）加強(qiáng)裝置的質(zhì)量巡檢，對于在運(yùn)水泵、風(fēng)機(jī)、刮泥機(jī)等進(jìn)行重點(diǎn)檢查，排除設(shè)備隱患對活性污泥生長造成的影響。（4）針對各自裝置的生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)定合適的工藝指標(biāo)，對來水水質(zhì)指標(biāo)、系統(tǒng)溶解氧含量、活性污泥濃度等工藝參數(shù)進(jìn)行規(guī)范化管理，保障裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］高廷耀，顧國維.水污染控制工程 ［M］.北京：高等教育出版社，2005.

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［3］許兆義，楊成永.環(huán)境科學(xué)與工程概論 ［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

作者簡介：胡有欽， 男，江蘇南京人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：污水處理。