SBR運行中污泥膨脹的發(fā)生與控制

簡介： 結(jié)合SBR法處理工業(yè)廢水時發(fā)生污泥膨脹的工程實例，詳細(xì)介紹了膨脹的發(fā)生和控制過程，指出較低的污泥負(fù)荷是造成膨脹的主要原因，并對膨脹機理加以探討。

關(guān)鍵字：SBR 污泥膨脹 低負(fù)荷

污泥膨脹問題是傳統(tǒng)活性污泥工藝運行過程中常常發(fā)生且難以杜絕的棘手問題，且90%以上的污泥膨脹是由絲狀菌的過度生長造成的［1］。SBR法由于其間歇式的進(jìn)水和反應(yīng)方式，在時間上存在著很高的基質(zhì)濃度梯度，因而能有效地抑制絲狀菌的生長繁殖，被認(rèn)為是最不易發(fā)生污泥膨脹的活性污泥工藝，近年來被廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。那么SBR法在應(yīng)用過程中是否一定不發(fā)生污泥膨脹呢?2000年1月，筆者在昆明制藥股份有限公司的廢水處理(采用SBR工藝)運行中就親歷了一次污泥膨脹過程。通過充分利用SBR法本身操作的靈活性，及時有針對性地調(diào)整運行方式，僅10天左右就使污泥膨脹得到了控制。

1　SBR工藝簡介
　　
昆明制藥集團股份有限公司廢水設(shè)計處理水量為1500m3/d，原水COD為1500mg/L。采用三池交替運行的SBR主體處理工藝：設(shè)計污泥負(fù)荷為0.05kgBOD/(kgMLSS•d)，MLSS為3000mg/L，排出比為1∶4，采用限制曝氣(進(jìn)水完畢后曝氣)，每座反應(yīng)池運行周期為12.0h(充水1.0h、曝氣反應(yīng)8.0h、沉淀1.5h、潷水1.0h、閑置0.5h)。
　　
該處理系統(tǒng)自1999年9月通過驗收投產(chǎn)以來一直運行穩(wěn)定，出水指標(biāo)(見表1)完全符合國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—6)的一級標(biāo)準(zhǔn)。
　　
自1999年12月以來，廠內(nèi)部分車間停產(chǎn)檢修，這使得排入處理站的水量(約800m3/d)明顯減少，有機物濃度降低(見圖1)。于是將原來三池運行改為兩池運行(一池閑置不用)，閑置期延長至3.5h。

2　污泥膨脹的發(fā)生和原因分析

2.1　污泥膨脹的發(fā)生
　　
2000年1月中旬，兩SBR池幾乎同時發(fā)生了污泥膨脹。期間粘有較多細(xì)碎污泥絮體的高粘性泡沫彌漫于池面，整個曝氣階段都沒有衰減；污泥無法沉降，沉淀期結(jié)束后水面仍有明顯可見的大量黃褐色污泥絮團懸浮，SVI高達(dá)250～280mL/g。由于潷水時有較多污泥流失，出水COD上升至170～190mg/L。對加入聚合氯化鋁絮凝、沉淀后的上清液進(jìn)行測定，COD僅為50～60mg/L(好于正常情況下的出水)，這說明絲狀菌本身能有效地降解有機物。在顯微鏡下觀察污泥：一根根絲狀球衣細(xì)菌交錯叢生，像頭發(fā)一般散亂膨松；原來呈塊狀的菌膠團已完全解體，細(xì)碎的污泥絮體散落于絲狀菌叢中，有較多的草履蟲和豆形蟲等原生動物活動于其間，此時絲狀菌已成為污泥的主體。

2.2 污泥膨脹原因分析
　
每天的工作記錄表明，在調(diào)節(jié)池用80%的NaOH溶液通過pH指示調(diào)節(jié)儀自動調(diào)節(jié)pH值在6.0～8.0，同時按比例投加營養(yǎng)鹽(尿素和磷肥)，曝氣池的DO值為2.0～4.5mg/L、水溫為20～25℃(由于采用鼓風(fēng)機曝氣，即使是冬季仍能保持較高水溫)條件下運行時，鏡檢沒有發(fā)現(xiàn)污泥內(nèi)部有缺氧跡象，即解體的污泥絮體呈黃褐色(中心無缺氧變黑的區(qū)域)，輪蟲和線蟲等后生動物活躍，說明溶解氧的傳遞和滲透性良好，不存在微觀狀態(tài)中的缺氧。可見上述因素不是引起污泥膨脹的主要原因。

　　
從圖1可知，雖然進(jìn)水濃度持續(xù)降低，但其變化的梯度并不大，亦不可能造成沖擊負(fù)荷。值得注意的是，由于排泥管堵塞，一段時期以來各SBR池的排泥量一直偏低(有時甚至不排泥)，此時的MLSS高達(dá)6500～7000mg/L。即使將原來的三池改為兩池運行，較少的來水仍使每池的實際處理量只有設(shè)計水量的80%左右。顯然，過低的進(jìn)水有機物濃度和水量、過高的污泥濃度導(dǎo)致了污泥負(fù)荷偏低，從而推斷低負(fù)荷是引起污泥膨脹的主要原因，應(yīng)依此采取相應(yīng)的控制措施。

3　控制污泥膨脹的方法和過程
　　
污泥膨脹控制從2000年1月20日開始。由于膨脹的惡化及MLSS不斷增長，此時兩池的SV均已達(dá)到了90%以上。
　　
首先為保證出水效果，在停止曝氣前10min向SBR池投加氫氧化鈣(按1∶200的比例)，通過其凝聚作用來提高污泥的壓密性以改善污泥沉降性能。在接下來的潷水過程中，將水位潷至潷水器所能到達(dá)的最低位(潷水深度為原來的3倍)，這樣在進(jìn)水量不變的情況下，排出比由1∶4升至1∶2，使稀釋倍數(shù)降低，提高了基質(zhì)初始濃度。另外充分利用閑置期，將機動潛污泵投入SBR池中進(jìn)行強制排泥(剩余污泥被排入閑置池中進(jìn)行消化處理)，同時疏通排泥管以確保每天的正常排泥。經(jīng)過4個周期的運行，到22日泡沫現(xiàn)象雖未有明顯改觀，但各池SV均停止了增長。這說明對污泥膨脹原因的分析是正確的，采取的措施是可行的。
　　
通過繼續(xù)強制排泥使MLSS逐漸回落到3000mg/L左右，并縮短充水時間(由啟動1臺提升泵改為2臺)，進(jìn)一步提高基質(zhì)初始濃度，將曝氣時間減至6.0h增大了濃度梯度，避免了曝氣結(jié)束后污泥負(fù)荷過低而利于絲狀菌生長。到1月24日(氫氧化鈣停止投加)，水面懸浮的黃褐色污泥已基本消失，SVI亦緩慢下降(見圖2)，出水COD降至120mg/L以下。鏡檢觀察到絲狀菌已明顯衰減，由叢生狀變?yōu)榉稚�狀，部分單枝已折斷成散碎短枝。此時，泡沫量也開始減少，間或有水面露出。
 
此后每天仍穩(wěn)定地排除剩余污泥(MLSS控制在3000mg/L左右)并保持其他措施不變。從24日開始SVI持續(xù)下降，泡沫也隨時間的推移而衰減，到曝氣后期主要集中在曝氣頭上方水面區(qū)域，由于粘帶的污泥絮體減少其顏色也由暗變亮。到30日，兩SBR池的SVI都降到了200mL/g以下，出水COD也已穩(wěn)定在100mg/L以內(nèi)。鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥恢復(fù)到了原來的菌膠團正常狀態(tài)，且絲狀菌基本消失，僅有少量短碎單枝夾裹在污泥中；草履蟲和豆形蟲等這些只有在污泥性能不好時才出現(xiàn)的微生物也大為減少。污泥膨脹已得到有效控制。
　　
以后控制每天的排泥量，保證MLSS在3000mg/L左右，系統(tǒng)一直運行穩(wěn)定，膨脹再也沒有發(fā)生。
　　
2000年5月后，來水水質(zhì)、水量逐漸正常，又恢復(fù)了三池運行及原來的運行參數(shù)。針對情況變化，始終著重于通過污泥負(fù)荷的控制來調(diào)整工藝，確保了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4　污泥膨脹及控制機理
　　
和菌膠團細(xì)菌相比，絲狀菌具有比表面積大和在低底物濃度時競爭生長優(yōu)勢明顯的特性［2］，因而低有機負(fù)荷被認(rèn)為是引起污泥膨脹的重要因素［3］。
　　
SBR法能有效抑制絲狀菌生長的關(guān)鍵在于反應(yīng)器內(nèi)存在較高的有機底物濃度梯度(在時間上)，同時對應(yīng)存在著一個變化的污泥負(fù)荷，這一非穩(wěn)態(tài)的過程不利于絲狀菌競爭生長優(yōu)勢的發(fā)揮。在本例中，0.05kgBOD/(kgMLSS•d)的負(fù)荷在SBR工藝設(shè)計中已屬低負(fù)荷范圍；當(dāng)來水有機物濃度較低時，偏小的排出比(1∶4)又使混合液進(jìn)一步被稀釋；由給出數(shù)據(jù)不難算出，COD實際濃度變化為80～250 mg/L(設(shè)計出水COD為80mg/L)，不能形成較高的濃度梯度；而對于高出設(shè)計近一倍多的污泥濃度則污泥負(fù)荷更低且基本沒有梯度變化，上述這些情況都無法對絲狀菌形成抑制。低負(fù)荷必然又對應(yīng)著長泥齡，這又利于絲狀菌(比增長速率小于膠團細(xì)菌)在反應(yīng)器內(nèi)的停留、生長［1］。同時，低負(fù)荷下相對較高的溶解氧濃度也利于絲狀菌(絕大多數(shù)為專性好氧菌)生長［1］。所以，正是由于負(fù)荷過低造成了這次污泥膨脹的發(fā)生。
　　
需要指出，雖然多數(shù)絲狀菌為絕對好氧菌，但比表面積大的生理特點使其在低DO濃度下的增殖速率明顯高于膠團細(xì)菌，從而也會導(dǎo)致污泥膨脹［4］。在本例中，MLSS高達(dá)6500～7000mg/L，容易對曝氣氣泡的擴散和轉(zhuǎn)移造成影響而使DO濃度偏低。實際中由于采用的三螺旋曝氣器具有良好的水力切割及剪切性能，使氧在液相中的傳遞和向污泥內(nèi)部的滲透能夠順利進(jìn)行，保證了微生物的實際需氧。
　　
伴隨污泥膨脹的發(fā)生出現(xiàn)了嚴(yán)重的泡沫現(xiàn)象，這主要是由絲狀菌(呈絲狀或枝狀)的過度生長引起的，絲網(wǎng)與氣泡、絮體顆�；旌铣傻呐菽�具有穩(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點［5］。當(dāng)絲狀菌的生長受到抑制即污泥膨脹得到控制時，泡沫也會隨之減弱。泡沫表征的變化也為污泥膨脹的發(fā)生和控制起到了較好的指示作用。

5　結(jié)語
　　
SBR工藝不易發(fā)生污泥膨脹，但并不排除其發(fā)生的可能性。在實際操作中，應(yīng)對廢水水質(zhì)、運行條件和絲狀菌過度生長之間的關(guān)系予以重視，充分利用工藝優(yōu)勢加以調(diào)整。同時，此次控制污泥膨脹的成功經(jīng)驗也表明，SBR法比傳統(tǒng)活性污泥工藝在控制污泥膨脹方面更具可操作性，進(jìn)一步凸現(xiàn)了該工藝的優(yōu)點。

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