城市污水处理厂污泥膨胀原因分析及控制方法

杨冬梅

(山西省永济市污水处理有限责任公司,山西永济044500)

1 引言

百乐克工艺是一种适宜于城市污水处理厂的具有脱氮除磷功能的多级活性污泥处理系统,通过多级A/O悬浮链移动曝气,使污水中的C、N、P能够在多次的缺氧与好氧过程中通过微生物得到降解,它具有占地紧凑、工艺稳定、维护简单、运行费用低等特点。

污泥膨胀问题是活性污泥自产生以来一直伴随并常常发生的一个棘手的问题。其主要特征包括污泥结构松散,质量变轻,沉淀压缩性能差;SV(沉降比)增大,有时达到90%以上,SVI(污泥体积指数)达到300m L/g以上;大量污泥流失,严重时出水浑浊;二沉池水难以固液分离,回流污泥浓度低,经常伴随大量的粘性泡沫产生,整个生化系统无法维持正常工作。发生污泥膨胀是较为严重的生化处理现象之一,它具有发生率极高、发生较普遍、危害严重、难于控制等特点,严重时影响出水水质,并危害整个生化系统的运作。下面通过分析永济市城市污水处理厂百乐克工艺系统产生污泥膨胀的原因,进一步提出了污泥膨胀的相应控制措施。

2 污水处理厂设计概况

永济市污水处理厂位于永济市振兴西街,规划规模为4万m3/d,处理工艺采用德国的BIOLAK生化处理技术,其处理工艺流程见图1。

图1 污水处理工艺流程

该污水处理采用悬浮链移动曝气,工艺参数为：进水：温度 15～35℃,BOD5≤220m g/L;CODcr≤380mg/L;SS≤220mg/L;NH 3-N≤40m g/L总P≤4;pH 值为6～9。出水：BOD5≤30mg/L;CODcr≤100mg/L;SS≤30mg/L;NH 3-N ≤40mg/L;总P≤4;pH 6～9。出水达到“城市污水处理厂污染物排放标准”(GB18918-2002)中的二级标准。

3 污泥膨胀类型的判断

活性污泥膨胀有两种类型：丝状菌大量繁殖引起的丝状菌污泥膨胀;由于菌胶团细菌大量累积高粘性物质或细菌过量增殖引起的非丝状菌型污泥膨胀。污泥膨胀发生后,曝气池污泥的沉降比由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是永济市污水处理厂2008年6月发生污泥膨胀后SV、SV I的变化情况。

表1 污泥膨胀后SV、SV I的测定 g/L

6月16日开始通过剩余污泥泵大量向外排泥,污泥浓度降低,但30m in沉降比仍然继续升高,并且膨胀污泥静止沉淀时看不到絮体,整个活性污泥成层下沉,浓缩效果极差,对发生的膨胀污泥作镜检观察,发现污泥中的丝状菌数量异常增多,丝状菌间的架桥作用干扰絮体间的接近,妨碍了絮体的沉淀和压实,使得絮体极为松散,密闭性变差,有较多的滴虫,侧跳虫、豆形虫等散落其中,规则的菌胶团数量大大减少,所以断定是丝状菌污泥膨胀。

4 膨胀原因分析

4.1 污泥负荷率和污泥膨胀的关系

活性污泥系统的污泥负荷率,运行初期小于0.042kgBOD/kgM LSS,后来升高到0.14～0.25kgBOD/kgM LSS左右。一般认为,活性污泥法的污泥负荷大于0.13kgBOD/kgM LSS易发生污泥膨胀[1]。再对进水水质进行48h采样化验分析,发现进水水质波动大,峰值期间 COD高达 1 000m g/L,已远远超出设计值,而正常情况下COD只在200～400mg/L之间。对水质做进一步的有机污染物成分分析,发现废水中可溶性有机物含量多,废水中碳源含量多以上游印染厂退浆成分为主。当废水中含可溶解性有机物多时,丝状菌就易于利用与自身繁殖,这样就易于发生丝状菌膨胀[2]。

4.2 溶解氧和污泥膨胀的关系

丝状菌生长时需要有太多的碳源,对氧和磷的要求较低。特别是对氧的要求与菌胶团区别更明显。菌胶团要求有较多的氧(至少0.05m g/L以上)才能很好的生长,而丝状菌在微氧环境中也能很好的繁殖[3]。由于该公司进水中大量淀粉类有机物易于微生物降解,加快了曝气池耗氧速率,造成曝气池缺氧,丝状菌具有在低氧环境中取得优势的较长菌丝,比表面积大,更易于夺得溶解氧进行生长繁殖,从而会引发氧的限制型污泥膨胀。在2008年6月沿流程方向在曝气池的前中后端对溶解氧进行测定,其结果如表2。

表2 曝气池前中后端溶解氧的测定 mg/L

从表2中可以看出在曝气池的前端大多DO(溶解氧)＜0.5mg/L,处于缺氧或厌氧状态,中间和后端DO大于1.0mg/L。上表也说明进水含有大量易降解可溶性有机污染物,造成曝气池供氧不足,在曝气池前端出现缺氧或厌氧状态引起丝状菌的过度生长,使活性污泥系统发生了丝状菌污泥膨胀。此外,丝状菌的生长不是一个简单的可逆过程,虽然在曝气池的中后部溶解氧逐渐上升到正常水平,但丝状菌的增长局势已不可避免。

4.3 低负荷环境与污泥膨胀的关系

正常活性污泥在低负荷状态下会发生活性污泥老化现象,并最终影响到活性污泥对有机物的去除效果。丝状菌对低负荷环境有极强的适应能力,依靠其巨大的比表面积维持其生长繁殖。我们知道,百乐克工艺是一种低负荷活性污泥工艺,污泥浓度高,泥龄长,而在该厂运行期间,由于没有及时排泥,造成泥龄越长,污泥负荷越低,此时细菌分解或水解大分子物质所需的胞外酶越少,随着泥龄的增加,菌胶团的衰减系数增大,发生自溶的细菌数量也会增加,多糖类物质作为细胞物质的重要组分之一会释放到细胞外,将引起胞外组分中多糖含量的增加。而这种胞外聚合物的增加对活性污泥的絮凝性、沉降性有重要的影响[4]。

4.4 pH值和污泥膨胀的关系

经采样发现该厂污泥膨胀期间进水pH值有时偏低,在4.5～6.0之间波动。原因是上游印染厂加酸系统出现故障,外排的废水偏酸,造成进水pH偏低。一般认为在活性污泥法运行中,曝气池的pH值应保持在6.5～8.0范围内。混合液的pH低于6.0有利于丝状菌的生长,而菌胶团的生长受到抑制,这也为污泥膨胀创造了条件。

5 污泥膨胀控制措施

5.1 污泥负荷的有效控制

停止进水大量排泥,排泥后引进生活污水使污泥复壮,使偏离正常值的污泥负荷回归到正常控制范围内。

5.2 改善污泥的沉降性能

针对系统中的膨胀污泥特性,采用投加脱水生污泥的方法,一方面使曝气池污泥浓度达到2 500 m g/L以上,另一方面利用脱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

利用投加无机高分子絮凝剂聚合氯化铝和Ca(OH)2相结合的方法,在曝气池的前端投加絮凝剂与Ca(OH)2,调节pH值到7～8,经过运行试验得知,污泥SV及SVI都有大幅度降低,污泥膨胀得到了有效控制。表3为采取上述3项措施后污泥SV及SVI的变化情况。

表3 2008年 7月 8-7月16日污泥SV及 SVI的测定g/L

5.4 其他膨胀拟制剂

“Bulhibitor”是一种能对引起污泥膨胀的丝状菌进行选择性攻击、溶解,以彻底消除污泥膨胀的新型药剂。Bulhibitor的添加量因污泥的膨胀状况、M LSS浓度、丝状细菌的种类而异,生活污水处理厂的曝气池内用量一般为100～250mg/L[5]。

当膨胀污泥得到临时有效控制后,再通过采取调控微生物环境的措施彻底控制污泥膨胀。发生污泥膨胀的时候,一般无法从工艺参数控制和曝气方式的改变来解决,只能在正在运行的流程基础上通过改变生化池内的微生物的生长环境来抑制或消除丝状菌的过度繁殖。具体的实施措施如下。

(1)在溶解氧方面,加强曝气,提高曝气池首端的DO值,必须控制曝气池首端的DO值大于1.0mg/L以上,改善生化系统环境,利用生物竞争机制抑制丝状菌的过度繁殖,促使所需的菌胶团细菌大量生长,成为优势菌群,从根本上控制污泥膨胀的发生和发展。

(2)加大回流污泥量,降低污泥在二沉池内停留时间,以免丝状菌在此发生厌氧环境优势增殖,同时调整混合液中的营养物质平衡,即保证C∶N∶P=100∶5∶1的要求 。

(3)大多数的丝状菌的世代周期长(一般≥9d),可以通过加强剩余污泥排放控制,缩短污泥龄,使丝状菌在活性污泥系统中逐渐减少、消失,从而使活性污泥性能逐渐恢复正常,逐渐消除膨胀[6]。

(4)寻找进水出现冲击污染负荷的原因,从源头上,彻底防止冲击污染负荷对污水处理系统正常、稳定运行的破坏。

经过采取上述措施调整运行后,活性污泥SVI降到了150以下,活性污泥菌胶团恢复到正常状态,二沉池的出水变澄清,污泥膨胀得到控制,并且曝气池表面大量生物泡沫也随之消失。

6 结语

由分析得知,冲击负荷是造成该厂污泥膨胀的主要原因。污水处理在稳定的污泥负荷条件下运行,污泥沉降比、污泥容积指数很容易控制在正常值内,而进水负荷的巨大改变导致活性污泥中起主要作用的菌胶团细菌收到冲击而拟制,反而引起适应能力强的丝状菌过度生长。因此,城市污水处理厂采用百乐克工艺处理污水应注意：只有在运行中保持进水的连续性、均匀性及水质的稳定性,才能为后续工艺控制提供条件,为菌胶团细菌提供适宜的生长环境从而控制污泥膨胀的发生。

[1]周 利,彭永臻.丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制[J].环境科学进展,1999,7(1)：1～ 2.

[2]王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制[M].北京：中国环境科学出版社,1992.

[3]张三丰.活性污泥法工艺控制[M].北京：中国电力出版社,2007.

[4]李 鹏,周 利.药剂法在控制丝状菌污泥膨胀中的应用[J].工业水处理,2008(7)：17～18.

[5]龙向宇,唐 然.污泥龄对胞外聚合物组分与表面限制的影响[J].中国给水排水,2008(15)：61～ 62.

[6]田口广.活性污泥膨胀与控制对策[M].北京：中国建筑工业出版社,1982.