A/O法生物脫氮工藝中污泥膨脹的分析研究

陳 誠 黃曉秋 傅少林

(江蘇華昌化工股份有限公司江蘇張家港215634)

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A/O法生物脫氮工藝中污泥膨脹的分析研究

陳 誠 黃曉秋 傅少林

(江蘇華昌化工股份有限公司江蘇張家港215634)

A/O法生物脫氮工藝在處理含氨廢水方面得到了廣泛的應用，并取得了良好的效果，但是A/O法生物脫氮工藝在實際運行中始終伴隨著一個棘手的問題——污泥膨脹。其主要表現為：污泥結構松散，沉淀性能差；污泥沉降比SV值增大(有時達95%以上，污泥容積指數SVI達到200以上)；二次沉淀池難以固液分離，導致大量污泥流失，出水中懸浮物含量超標；回流污泥濃度低，好氧池經常伴隨著大量的泡沫產生，會直接影響整個生化系統的正常運行。

污泥膨脹分為2種：一種是由于活性污泥中的絲狀菌過渡增殖引起的絲狀菌型污泥膨脹；另一種是由于高親水性黏性物質大量積累附著在污泥上，導致其密度變小，引起黏性膨脹，屬于非絲狀菌型污泥膨脹。研究表明，90%以上的污泥膨脹是由絲狀菌過度增殖引起的。

1 合成氨工業廢水的主要特點

以煤為原料采用固定層造氣爐制半水煤氣的合成氨生產工藝，產生的工業廢水的主要特點：①氨氮含量高，且波動較大；②含有硫化物，主要來源于原料氣脫硫處理過程中產生的殘液進入污水系統；③合成氨工業廢水中有機物含量低，對A/O生物脫氮系統而言，表現為缺乏碳源；④好氧池水溫高，夏季超過40 ℃。A/O生化系統主要水質指標及好氧池相關參數變化情況見表1。

表1 A/O生化系統主要水質指標及好氧池相關參數變化情況

注：MLSS為混合液懸浮固體濃度。

2 污泥膨脹的主要原因

2.1 絲狀菌

絲狀菌是一大類菌體相連而形成絲狀的微生物的統稱，有學者將絲狀菌分為29個類型、7個群，并制成了活性污泥絲狀菌微生物檢索表。不同運行條件下污泥膨脹中優勢絲狀菌類型如表2所示。

表2 不同運行條件下污泥膨脹中優勢絲狀菌類型

絲狀菌的功能與其結構形態密切相關。長絲狀形態有利于其在固相上附著生長，長絲狀形態比表面積大，有利于攝取低濃度底物，在底物濃度相對較低的條件下比菌膠團增殖速度快，在底物濃度較高時則比菌膠團繁殖速度慢。許多絲狀菌表面具有膠質的鞘，能分泌黏液，黏液層能夠保證一定的胞外酶濃度，并減少水流對細胞的沖刷。

絲狀菌生物種類繁多、數量大，對生長環境要求低。其生理生長特性表現為：吸附能力強、繁殖速率快、耐低溶解氧能力以及耐低基質濃度的能力都很強。根據絲狀菌是否易被菌膠團附著，形成污泥絮體分為結構型絲狀菌和非結構型絲狀菌。在正常水處理運行工況下，具有結構絲狀菌的絮體占絕對優勢，非結構絲狀菌因其表面含有特定的抗體不易被菌膠團附著，彼此存在拮抗關系，因此其存在的數量很少。正常運行情況下，菌膠團菌的最大生長速率較絲狀菌高，其生長是占優勢的。如果一旦所處的環境發生了較大的有利于絲狀菌增殖的變化，超過了活性污泥這個微生物群落自身的調節能力，就會導致絲狀菌過度繁殖而觸發污泥膨脹。

2.2 污泥膨脹的主要原因

一直以來，對于活性污泥膨脹的誘發機理有許多不同的理論。其中比較有影響的理論如下：

(1)比表面積假說。該理論認為絲狀菌的比表面積要大大超過菌膠團微生物的比表面積。當基質受限制時，絲狀菌生長占優勢，而菌膠團微生物的生長受到抑制。此假說解釋低基質濃度和C、P元素缺乏型的污泥膨脹比較有效。

(2)積累/再生假說。它能對高負荷條件下發生絲狀菌污泥膨脹問題做較為合理的解釋。

(3)Chudoba等人在1973年提出的選擇性理論。該理論以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物的最大生長速率和飽和常數Ks不同，分析絲狀菌與菌膠團細菌的競爭情況，從而對污泥膨脹現象做出合理的解釋，目前該理論已被人們廣泛接受。

(4)污泥膨脹饑餓假說。Chiesa等人綜合不同研究者的結果，并根據污水中不可降解基質和微生物衰減系數對微生物生長速率的影響而提出。通過對近些年來活性污泥膨脹問題國內外研究進展的綜合分析，可以將主要的活性污泥絲狀菌膨脹的原因分為5種類型：①基質限制；②低溶解氧限制；③營養物缺乏；④低pH沖擊；⑤高硫化物或腐化廢水因素等膨脹類型。

3 活性污泥膨脹的防治措施

3.1 預防措施

污泥膨脹在各種類型的活性污泥工藝中都不同程度的存在，一旦發生污泥膨脹就難以控制或需相當長的恢復時間。一般發生只要2～3 d，而恢復正常卻要3倍泥齡以上的時間，故采取一些預防措施是很有必要的，也是應該在實際運行中值得重視的。在工藝負荷的選擇上，應避開容易引起污泥膨脹的負荷范圍；在運行過程中，逐步調整運行參數或運行方式，以適應不斷變化的水質及水量，創造出一個適合菌膠團生長的環境，避免污泥膨脹的發生。尤其在污泥膨脹發生的初始階段，通過監測污泥沉降性能及時發現問題、找出問題并提出解決方案，使問題在初期得到解決。防止污泥膨脹的發生是解決污泥膨脹的最好辦法。絲狀菌型污泥膨脹的對策見表3。

3.2 活性污泥膨脹控制措施

傳統控制絲狀菌引起的污泥膨脹的主要手段是利用絲狀菌具有較大的比表面積值，采用藥劑(如二氯異氰尿酸或次氯酸鈉等)殺死絲狀菌， 或是投加無機混凝劑或有機混凝劑或助凝劑以增加污泥絮體的密度。但實踐證明這些方法無法徹底解決污泥膨脹問題，往往一停止加藥，污泥膨脹就會繼續發作，并且相反地會帶來出水水質惡化的不良后果。隨著研究的逐步深入，人們認識到活性污泥中的菌膠團細菌和絲狀菌會形成一個共生的微生物生態體系。在這種共生的生態體系中，絲狀微生物作為污泥絮體的骨架是不可缺少的重要組成部分，對于高效、穩定地凈化廢水起重要作用。人們逐漸從簡單地殺死絲狀菌過渡到利用曝氣池中的生長環境，調整菌膠團和絲狀菌的比例，從而達到控制污泥膨脹發生的目的(即環境調控階段)。環境調控概念的運用是人們在污泥膨脹控制技術和實踐上的一大進步。其主要出發點是使曝氣池中的生態環境有利于選擇性地發展菌膠團細菌，應用生物競爭的機制來抑制絲狀菌的過度生長和繁殖，將絲狀菌控制在一個合理的范圍之內，從而控制污泥膨脹的發生和發展速率。同時，利用絲狀菌特性凈化污水，穩定處理工藝。近年來，選擇器理論得到充分發展和應用就是環境調控概念的具體體現。

表3 絲狀菌型污泥膨脹的對策

當污泥膨脹初期沒能得到及時控制而導致大面積爆發時，首先要查找原因，確定污泥膨脹的類型；如果是絲狀菌引起的污泥膨脹，需要通過對各種運行條件的分析，確定引起絲狀菌型污泥膨脹的具體原因，然后“對癥下藥”。

4 結語

(1)合成氨工業廢水中氨氮含量往往很高，必須采取源頭控制為原則的污染防治措施，不斷改進化工生產工藝，減少氨氮含量和排放總量。原則上進入A/O生化系統的氨氮質量濃度不得超過400 mg/L，否則生化系統將很難正常運行。

(2)碳源不足是合成氨工業廢水生化處理過程中出現污泥膨脹的重要原因之一。通常可通過將生活污水引入生化系統或直接投加甲醇來補充碳源。

(3)夏季，好氧池水溫超過硝化細菌最適宜的溫度范圍，易引起污泥沉降性能下降，處理效果降低。必須采取有效措施將好氧池水溫控制在35 ℃以下。通常，可采用對高溫污水預冷卻或在好氧池表面設置噴淋冷卻水，前者效果顯著。

(4)活性污泥的微生物是多種微生物的群體，作為一個微生物群落的生態系統，其正常的生態平衡受到各方面因素的影響，使得污泥膨脹的機理和影響因素變得相當復雜，并且經常與生物泡沫、污泥上浮等異常現象同時出現，因此應根據實際情況采用適當的控制技術，既要從宏觀角度考慮，又要從微觀角度考慮，在環境調控的原則下，做到對具體情況進行具體分析。

(5)由于污泥膨脹的復雜性，在某些方面認識還不一致，還需要人們繼續深入研究，進一步完善污泥膨脹理論，對污泥膨脹進行系統、研究是十分必要的。

2016- 06- 18)