城市污水處理廠污泥膨脹原因分析及控制方法

楊冬梅

(山西省永濟市污水處理有限責任公司,山西永濟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活性污泥處理系統,通過多級A/O懸浮鏈移動曝氣,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、工藝穩定、維護簡單、運行費用低等特點。

污泥膨脹問題是活性污泥自產生以來一直伴隨并常常發生的一個棘手的問題。其主要特征包括污泥結構松散,質量變輕,沉淀壓縮性能差;SV(沉降比)增大,有時達到90%以上,SVI(污泥體積指數)達到300m L/g以上;大量污泥流失,嚴重時出水渾濁;二沉池水難以固液分離,回流污泥濃度低,經常伴隨大量的粘性泡沫產生,整個生化系統無法維持正常工作。發生污泥膨脹是較為嚴重的生化處理現象之一,它具有發生率極高、發生較普遍、危害嚴重、難于控制等特點,嚴重時影響出水水質,并危害整個生化系統的運作。下面通過分析永濟市城市污水處理廠百樂克工藝系統產生污泥膨脹的原因,進一步提出了污泥膨脹的相應控制措施。

2 污水處理廠設計概況

永濟市污水處理廠位于永濟市振興西街,規劃規模為4萬m3/d,處理工藝采用德國的BIOLAK生化處理技術,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曝氣,工藝參數為：進水：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。出水達到“城市污水處理廠污染物排放標準”(GB18918-2002)中的二級標準。

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;由于菌膠團細菌大量累積高粘性物質或細菌過量增殖引起的非絲狀菌型污泥膨脹。污泥膨脹發生后,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是永濟市污水處理廠2008年6月發生污泥膨脹后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沉降比仍然繼續升高,并且膨脹污泥靜止沉淀時看不到絮體,整個活性污泥成層下沉,濃縮效果極差,對發生的膨脹污泥作鏡檢觀察,發現污泥中的絲狀菌數量異常增多,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,使得絮體極為松散,密閉性變差,有較多的滴蟲,側跳蟲、豆形蟲等散落其中,規則的菌膠團數量大大減少,所以斷定是絲狀菌污泥膨脹。

4 膨脹原因分析

4.1 污泥負荷率和污泥膨脹的關系

活性污泥系統的污泥負荷率,運行初期小于0.042kgBOD/kgM LSS,后來升高到0.14～0.25kgBOD/kgM LSS左右。一般認為,活性污泥法的污泥負荷大于0.13kgBOD/kgM LSS易發生污泥膨脹[1]。再對進水水質進行48h采樣化驗分析,發現進水水質波動大,峰值期間 COD高達 1 000m g/L,已遠遠超出設計值,而正常情況下COD只在200～400mg/L之間。對水質做進一步的有機污染物成分分析,發現廢水中可溶性有機物含量多,廢水中碳源含量多以上游印染廠退漿成分為主。當廢水中含可溶解性有機物多時,絲狀菌就易于利用與自身繁殖,這樣就易于發生絲狀菌膨脹[2]。

4.2 溶解氧和污泥膨脹的關系

絲狀菌生長時需要有太多的碳源,對氧和磷的要求較低。特別是對氧的要求與菌膠團區別更明顯。菌膠團要求有較多的氧(至少0.05m g/L以上)才能很好的生長,而絲狀菌在微氧環境中也能很好的繁殖[3]。由于該公司進水中大量淀粉類有機物易于微生物降解,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境中取得優勢的較長菌絲,比表面積大,更易于奪得溶解氧進行生長繁殖,從而會引發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溶解氧進行測定,其結果如表2。

表2 曝氣池前中后端溶解氧的測定 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,中間和后端DO大于1.0mg/L。上表也說明進水含有大量易降解可溶性有機污染物,造成曝氣池供氧不足,在曝氣池前端出現缺氧或厭氧狀態引起絲狀菌的過度生長,使活性污泥系統發生了絲狀菌污泥膨脹。此外,絲狀菌的生長不是一個簡單的可逆過程,雖然在曝氣池的中后部溶解氧逐漸上升到正常水平,但絲狀菌的增長局勢已不可避免。

4.3 低負荷環境與污泥膨脹的關系

正常活性污泥在低負荷狀態下會發生活性污泥老化現象,并最終影響到活性污泥對有機物的去除效果。絲狀菌對低負荷環境有極強的適應能力,依靠其巨大的比表面積維持其生長繁殖。我們知道,百樂克工藝是一種低負荷活性污泥工藝,污泥濃度高,泥齡長,而在該廠運行期間,由于沒有及時排泥,造成泥齡越長,污泥負荷越低,此時細菌分解或水解大分子物質所需的胞外酶越少,隨著泥齡的增加,菌膠團的衰減系數增大,發生自溶的細菌數量也會增加,多糖類物質作為細胞物質的重要組分之一會釋放到細胞外,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值和污泥膨脹的關系

經采樣發現該廠污泥膨脹期間進水pH值有時偏低,在4.5～6.0之間波動。原因是上游印染廠加酸系統出現故障,外排的廢水偏酸,造成進水pH偏低。一般認為在活性污泥法運行中,曝氣池的pH值應保持在6.5～8.0范圍內。混合液的pH低于6.0有利于絲狀菌的生長,而菌膠團的生長受到抑制,這也為污泥膨脹創造了條件。

5 污泥膨脹控制措施

5.1 污泥負荷的有效控制

停止進水大量排泥,排泥后引進生活污水使污泥復壯,使偏離正常值的污泥負荷回歸到正常控制范圍內。

5.2 改善污泥的沉降性能

針對系統中的膨脹污泥特性,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

利用投加無機高分子絮凝劑聚合氯化鋁和Ca(OH)2相結合的方法,在曝氣池的前端投加絮凝劑與Ca(OH)2,調節pH值到7～8,經過運行試驗得知,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的測定g/L

5.4 其他膨脹擬制劑

“Bulhibitor”是一種能對引起污泥膨脹的絲狀菌進行選擇性攻擊、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、絲狀細菌的種類而異,生活污水處理廠的曝氣池內用量一般為100～250mg/L[5]。

當膨脹污泥得到臨時有效控制后,再通過采取調控微生物環境的措施徹底控制污泥膨脹。發生污泥膨脹的時候,一般無法從工藝參數控制和曝氣方式的改變來解決,只能在正在運行的流程基礎上通過改變生化池內的微生物的生長環境來抑制或消除絲狀菌的過度繁殖。具體的實施措施如下。

(1)在溶解氧方面,加強曝氣,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,改善生化系統環境,利用生物競爭機制抑制絲狀菌的過度繁殖,促使所需的菌膠團細菌大量生長,成為優勢菌群,從根本上控制污泥膨脹的發生和發展。

(2)加大回流污泥量,降低污泥在二沉池內停留時間,以免絲狀菌在此發生厭氧環境優勢增殖,同時調整混合液中的營養物質平衡,即保證C∶N∶P=100∶5∶1的要求 。

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

(4)尋找進水出現沖擊污染負荷的原因,從源頭上,徹底防止沖擊污染負荷對污水處理系統正常、穩定運行的破壞。

經過采取上述措施調整運行后,活性污泥SVI降到了150以下,活性污泥菌膠團恢復到正常狀態,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 結語

由分析得知,沖擊負荷是造成該廠污泥膨脹的主要原因。污水處理在穩定的污泥負荷條件下運行,污泥沉降比、污泥容積指數很容易控制在正常值內,而進水負荷的巨大改變導致活性污泥中起主要作用的菌膠團細菌收到沖擊而擬制,反而引起適應能力強的絲狀菌過度生長。因此,城市污水處理廠采用百樂克工藝處理污水應注意：只有在運行中保持進水的連續性、均勻性及水質的穩定性,才能為后續工藝控制提供條件,為菌膠團細菌提供適宜的生長環境從而控制污泥膨脹的發生。

[1]周 利,彭永臻.絲狀菌污泥膨脹的影響因素與控制[J].環境科學進展,1999,7(1)：1～ 2.

[2]王凱軍.活性污泥膨脹的機理與控制[M].北京：中國環境科學出版社,1992.

[3]張三豐.活性污泥法工藝控制[M].北京：中國電力出版社,2007.

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

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

[6]田口廣.活性污泥膨脹與控制對策[M].北京：中國建筑工業出版社,1982.