摘要:對百樂克工藝污水處理設計概況和污泥膨脹的性質進行了介紹,分析了膨脹的原因,最后提出并實施了膨脹控制的措施。
關鍵詞:活性污泥;污泥膨脹;絲狀菌;沉降比;污泥體積指數
1 概 述
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。其主要特征是: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%,SVI(污泥體積指數)達到300以上;大量污泥流失,出水渾濁;二次沉淀難以固液分離,回流污泥濃度低,有時伴隨大量的泡沫的產生,無法維持生化處理的正常工作。污泥膨脹是生化處理系統較為嚴重的異常現象之一,它直接影響出水水質,并危害整個生化系統的運作。德國馮·諾頓西工程技術公司的百樂克(BIOLAK(r))系統可廣泛適用于市政污水和工業廢水的處理。百樂克(BIOLAK(r))污廢水處理系統是一種高效的生化處理系統,采用低負荷活性污泥工藝,通過生化方法有效降解COD及BOD,并能通過波浪式氧化工藝對氮和磷進行高效去除。它具有占地緊湊、工藝穩定、維護簡單、運行費用低等特點。目前,全世界約有500多座百樂克(BIOLAK(r))污水處理廠在穩定運行。本文通過介紹百樂克(BIOLAK(r))污水處理污泥膨脹的發生、分析和控制,提出了針對活性污泥膨脹的相應控制措施,以供有類似問題的其他污水處理廠參考。
2 污水處理設計概況
蒲廟造紙廠屬南寧糖業股份有限公司,位于南寧市邕寧縣蒲廟鎮。污水處理采用德國馮·諾頓西工程技術公司的BIOLAK(r)生化處理技術處理造紙中段廢水,處理規模15000T/d,其處理工藝流程如圖1。
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| 圖1 15000t百樂克生物技術處理造紙廢水工藝流程 |
該污水處理采用移動式曝氣鏈,整個水處理工藝主要參數為:①進水:溫度15～35℃;BOD5≤500mg/l;CODcr≤1207mg/l;SS≤640mg/l;pH7～8。②出水:pH6～9;BOD5≤150mg/l;CODcr≤
450mg/l;SS≤200mg/l。
3 污泥膨脹的性質
污泥膨脹發生后,曝氣池污泥的SVI值由正常的100～150上升至300～500。經靜止沉淀后,肉眼觀察污泥顏色灰黑,污泥絮體結構松散,含水率異常偏高,沉降速度慢,濃縮效果差,出水渾濁。回流污泥濃度降低,曝氣池泡沫多處泛起棕褐色,泡沫不易破碎、發粘。對污泥作鏡檢觀察,發現污泥中的絲狀菌數量異常增多,絮體內外絲狀菌大量生長,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,使得絮體松散,沉淀性能變差,污泥體積膨脹。游動性小型鞭毛蟲增多,菌膠團數量減少。
4 膨脹原因分析
污泥發生絲狀菌膨脹的原因與污泥負荷率、進水的性質和運行條件有關。
4.1 負荷率和污泥膨脹的發生
我們首先核算活性污泥系統的污泥負荷率,其值已由生產初期的≤0115kgBOD/kgMLSS升高到018～112kgBOD/kgMLSS左右。一般認為,活性污泥法的污泥負荷>013kgBOD/kgMLSS易發生污泥膨脹。
我們接著對進水水質進行24小時定時采樣化驗分析,發現進水水質波動大,峰值期間COD高達2000mg/l,已遠遠超出設計值,而正常情況下COD只在900～1200mg/l之間。進水顏色深,并帶有刺激性氣味。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,廢水中碳源含量多且以糖類為主。一般而言,活性污泥中的絲狀菌與其他游離細菌相比較,對高分子物質的水解能力弱,也難以吸收不溶性物質。為此,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。由于低分子有機物易于微生物降解,加快了曝氣池耗氧速率,容易造成曝氣池缺氧。雖然絲狀菌是好氧性細菌,但在活性污泥的低溶解氧條件下大部分好氧菌幾乎不能繼續生長繁殖時,因其具有較長的菌絲,比表面積大,更易于奪得溶解氧進行生長繁殖,故在低氧環境中它們仍可在競爭中取得優勢,從而會引發氧的限制型污泥膨脹。
我們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1。
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從表1中可以看出在曝氣池的前端DO(溶解氧)≤015mg/l,處于缺氧或厭氧狀態,中間和后端DO≥210mg/l。通過對照絲狀菌和菌膠團的生理和生化性質的差異,見表Ê,證實了上述說法的正確,即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DO(溶解氧)逐漸上升到正常水平,但已不能減少絲狀菌的數量。
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4.2 pH和污泥膨脹的發生
我們還發現這期間進水pH值偏低,在4.8～6.2之間波動。原因是新進廠的蔗渣產生的廢水偏酸,造成進水pH偏低。一般認為在活性污泥法運行中,為了使活性污泥正常發育、生長,曝氣池的pH值應保持在6.5～8.0范圍內。國內外研究報道,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;pH值降至4.5時,真菌將完全占優勢,原生動物大部分消失,嚴重影響污泥的沉降分離和出水水質。
5 膨脹控制措施
清楚污泥膨脹的原因,我們就可以對癥下藥,采取針對性的控制措施。由于活性污泥在二沉池內不能正常沉淀下來,污泥大量流失。采取停止進水悶曝,排泥后投加營養,引進生活污水使污泥復壯。針對系統中的活性污泥量不足,我們采用投加脫水生污泥的方法,使曝氣池污泥濃度(MLSS)達到1000mg/l以上,利用脫水污泥的比重改善污泥的沉降性能,增加污泥量。改善提高活性污泥的絮凝性和沉降性。使用無機助沉劑CaO,可以提高污泥的沉降性能,調節pH值,但生成的CaCO3容易阻塞曝氣膜;投加有機絮凝劑,效果并不理想,因絮凝劑也是一種有機物,能被微生物降解。單獨投加有機絮凝劑聚丙烯酰胺,在試驗過程中我們觀察到,在進行曝氣反應的第一個周期,SV(沉降比)降低較多,從而SVI(污泥指數)也大幅度降低,但經過2～4個周期后,污泥SV(沉降比)又逐漸上升而恢復到接近原廢水樣狀態。這是由于隨著曝氣與攪拌及微生物等作用,加入水樣中的高分子絮凝劑分子鏈斷裂而逐漸失去作用,包括絲狀菌在內的微生物又恢復到接近初始狀態,這可通過鏡檢觀察到。最后,我們決定采用高分子絮凝劑聚丙烯酰胺和價格低廉的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,聚丙烯酰胺濃度為2000mg/l,同時通過pH計自動控制投加濃度為10%Ca(OH)2溶液,調節pH值到7～8,經過運行試驗,取得了較好的效果,污泥SV及SVI都有大幅度降低,污泥膨脹得到了有效控制。這是由于一方面加入的絮凝劑改善了污泥結構,另一方面由于所加入的Ca(OH)2不僅可增加活性污泥絮體比重,改善沉降性能,而且由于所加Ca(OH)2可調節環境的pH值,從而改善微生物的生存環境,而作為相對比表面積較大的絲狀菌在這種狀態下首先受到抑制與傷害,而其他微生物被包裹在由于絮凝劑的加入并由絲狀菌作骨架形成的較大菌膠團中,相對傷害較小,從而控制了由于絲狀菌過度繁殖造成的污泥膨脹。當污泥得到暫時的穩定后,緊接著采取根治措施,徹底控制污泥膨脹。發生污泥膨脹的時候,一般無法從工藝流程、池型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加大回流污泥泥量,降低污泥在二沉池內停留時間,防止形成厭氧狀態。調整混合液中的營養物質平衡,即保證BOD∶N∶P=100∶5∶1的要求。
②加強曝氣,提高曝氣首端的DO值,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。
③大多數的絲狀菌的世代周期長(一般≥9天),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,消除膨脹。
④增大均調池的鼓風量,提高對原污水的預曝氣作用,使原污水在進入曝氣池之前含有較高的DO值,以防止曝氣池首端缺氧。
⑤查明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或水量負荷對污水處理正常、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100左右,活性污泥菌膠團恢復到正常狀態,沉淀池的出水變澄清,污泥膨脹得到控制,并且曝氣池表面大量棕褐色泡沫也隨之消失。
6 結 論
沖擊負荷是造成污泥膨脹的主要原因。污水處理在穩定的流量和濃度條件下長期運行的結果是菌膠團占優勢,流量或濃度的改變會引起絲狀菌的過度生長。因此,污水處理在運行中應注意保持進水的連續、均勻性,水質的穩定。總的來說,在發生污泥膨脹時,需要水處理工作者根據實際情況作大量切實的實驗和分析,大膽實踐,才能解決問題。
參考文獻
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