SBR運行中污泥膨脹的發(fā)生與控制

簡(jiǎn)介： 結合SBR法處理工業(yè)廢水時(shí)發(fā)生污泥膨脹的工程實(shí)例，詳細介紹了膨脹的發(fā)生和控制過(guò)程，指出較低的污泥負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 低負荷

污泥膨脹問(wèn)題是傳統活性污泥工藝運行過(guò)程中常常發(fā)生且難以杜絕的棘手問(wèn)題，且90%以上的污泥膨脹是由絲狀菌的過(guò)度生長(cháng)造成的［1］。SBR法由于其間歇式的進(jìn)水和反應方式，在時(shí)間上存在著(zhù)很高的基質(zhì)濃度梯度，因而能有效地抑制絲狀菌的生長(cháng)繁殖，被認為是最不易發(fā)生污泥膨脹的活性污泥工藝，近年來(lái)被廣泛應用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。那么SBR法在應用過(guò)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(guò)程。通過(guò)充分利用SBR法本身操作的靈活性，及時(shí)有針對性地調整運行方式，僅10天左右就使污泥膨脹得到了控制。

1　SBR工藝簡(jiǎn)介
　　
昆明制藥集團股份有限公司廢水設計處理水量為1500m3/d，原水COD為1500mg/L。采用三池交替運行的SBR主體處理工藝：設計污泥負荷為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)，每座反應池運行周期為12.0h(充水1.0h、曝氣反應8.0h、沉淀1.5h、潷水1.0h、閑置0.5h)。
　　
該處理系統自1999年9月通過(guò)驗收投產(chǎn)以來(lái)一直運行穩定，出水指標(見(jiàn)表1)完全符合國家《污水綜合排放標準》(GB8978—6)的一級標準。
　　
自1999年12月以來(lái)，廠(chǎng)內部分車(chē)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(jiàn)圖1)。于是將原來(lái)三池運行改為兩池運行(一池閑置不用)，閑置期延長(cháng)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(shí)發(fā)生了污泥膨脹。期間粘有較多細碎污泥絮體的高粘性泡沫彌漫于池面，整個(gè)曝氣階段都沒(méi)有衰減；污泥無(wú)法沉降，沉淀期結束后水面仍有明顯可見(jiàn)的大量黃褐色污泥絮團懸浮，SVI高達250～280mL/g。由于潷水時(shí)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(shuō)明絲狀菌本身能有效地降解有機物。在顯微鏡下觀(guān)察污泥：一根根絲狀球衣細菌交錯叢生，像頭發(fā)一般散亂膨松；原來(lái)呈塊狀的菌膠團已完全解體，細碎的污泥絮體散落于絲狀菌叢中，有較多的草履蟲(chóng)和豆形蟲(chóng)等原生動(dòng)物活動(dòng)于其間，此時(shí)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，在調節池用80%的NaOH溶液通過(guò)pH指示調節儀自動(dòng)調節pH值在6.0～8.0，同時(shí)按比例投加營(yíng)養鹽(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(shí)，鏡檢沒(méi)有發(fā)現污泥內部有缺氧跡象，即解體的污泥絮體呈黃褐色(中心無(wú)缺氧變黑的區域)，輪蟲(chóng)和線(xiàn)蟲(chóng)等后生動(dòng)物活躍，說(shuō)明溶解氧的傳遞和滲透性良好，不存在微觀(guān)狀態(tài)中的缺氧�？梢�(jiàn)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)水濃度持續降低，但其變化的梯度并不大，亦不可能造成沖擊負荷。值得注意的是，由于排泥管堵塞，一段時(shí)期以來(lái)各SBR池的排泥量一直偏低(有時(shí)甚至不排泥)，此時(shí)的MLSS高達6500～7000mg/L。即使將原來(lái)的三池改為兩池運行，較少的來(lái)水仍使每池的實(shí)際處理量只有設計水量的80%左右。顯然，過(guò)低的進(jìn)水有機物濃度和水量、過(guò)高的污泥濃度導致了污泥負荷偏低，從而推斷低負荷是引起污泥膨脹的主要原因，應依此采取相應的控制措施。

3　控制污泥膨脹的方法和過(guò)程
　　
污泥膨脹控制從2000年1月20日開(kāi)始。由于膨脹的惡化及MLSS不斷增長(cháng)，此時(shí)兩池的SV均已達到了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(guò)其凝聚作用來(lái)提高污泥的壓密性以改善污泥沉降性能。在接下來(lái)的潷水過(guò)程中，將水位潷至潷水器所能到達的最低位(潷水深度為原來(lái)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，使稀釋倍數降低，提高了基質(zhì)初始濃度。另外充分利用閑置期，將機動(dòng)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(shí)疏通排泥管以確保每天的正常排泥。經(jīng)過(guò)4個(gè)周期的運行，到22日泡沫現象雖未有明顯改觀(guān)，但各池SV均停止了增長(cháng)。這說(shuō)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(guò)繼續強制排泥使MLSS逐漸回落到3000mg/L左右，并縮短充水時(shí)間(由啟動(dòng)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(shí)間減至6.0h增大了濃度梯度，避免了曝氣結束后污泥負荷過(guò)低而利于絲狀菌生長(cháng)。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(jiàn)圖2)，出水COD降至120mg/L以下。鏡檢觀(guān)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(shí)，泡沫量也開(kāi)始減少，間或有水面露出。
 
此后每天仍穩定地排除剩余污泥(MLSS控制在3000mg/L左右)并保持其他措施不變。從24日開(kāi)始SVI持續下降，泡沫也隨時(shí)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也已穩定在100mg/L以?xún)�。鏡檢發(fā)現污泥恢復到了原來(lái)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(chóng)和豆形蟲(chóng)等這些只有在污泥性能不好時(shí)才出現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，系統一直運行穩定，膨脹再也沒(méi)有發(fā)生。
　　
2000年5月后，來(lái)水水質(zhì)、水量逐漸正常，又恢復了三池運行及原來(lái)的運行參數。針對情況變化，始終著(zhù)重于通過(guò)污泥負荷的控制來(lái)調整工藝，確保了系統穩定運行。

4　污泥膨脹及控制機理
　　
和菌膠團細菌相比，絲狀菌具有比表面積大和在低底物濃度時(shí)競爭生長(cháng)優(yōu)勢明顯的特性［2］，因而低有機負荷被認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(cháng)的關(guān)鍵在于反應器內存在較高的有機底物濃度梯度(在時(shí)間上)，同時(shí)對應存在著(zhù)一個(gè)變化的污泥負荷，這一非穩態(tài)的過(guò)程不利于絲狀菌競爭生長(cháng)優(yōu)勢的發(fā)揮。在本例中，0.05kgBOD/(kgMLSS•d)的負荷在SBR工藝設計中已屬低負荷范圍；當來(lái)水有機物濃度較低時(shí)，偏小的排出比(1∶4)又使混合液進(jìn)一步被稀釋?zhuān)挥山o出數據不難算出，COD實(shí)際濃度變化為80～250 mg/L(設計出水COD為80mg/L)，不能形成較高的濃度梯度；而對于高出設計近一倍多的污泥濃度則污泥負荷更低且基本沒(méi)有梯度變化，上述這些情況都無(wú)法對絲狀菌形成抑制。低負荷必然又對應著(zhù)長(cháng)泥齡，這又利于絲狀菌(比增長(cháng)速率小于膠團細菌)在反應器內的停留、生長(cháng)［1］。同時(shí)，低負荷下相對較高的溶解氧濃度也利于絲狀菌(絕大多數為專(zhuān)性好氧菌)生長(cháng)［1］。所以，正是由于負荷過(guò)低造成了這次污泥膨脹的發(fā)生。
　　
需要指出，雖然多數絲狀菌為絕對好氧菌，但比表面積大的生理特點(diǎn)使其在低DO濃度下的增殖速率明顯高于膠團細菌，從而也會(huì )導致污泥膨脹［4］。在本例中，MLSS高達6500～7000mg/L，容易對曝氣氣泡的擴散和轉移造成影響而使DO濃度偏低。實(shí)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部的滲透能夠順利進(jìn)行，保證了微生物的實(shí)際需氧。
　　
伴隨污泥膨脹的發(fā)生出現了嚴重的泡沫現象，這主要是由絲狀菌(呈絲狀或枝狀)的過(guò)度生長(cháng)引起的，絲網(wǎng)與氣泡、絮體顆�；旌铣傻呐菽�具有穩定、持續、較難控制的特點(diǎn)［5］。當絲狀菌的生長(cháng)受到抑制即污泥膨脹得到控制時(shí)，泡沫也會(huì )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　結語(yǔ)
　　
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(shí)際操作中，應對廢水水質(zhì)、運行條件和絲狀菌過(guò)度生長(cháng)之間的關(guān)系予以重視，充分利用工藝優(yōu)勢加以調整。同時(shí)，此次控制污泥膨脹的成功經(jīng)驗也表明，SBR法比傳統活性污泥工藝在控制污泥膨脹方面更具可操作性，進(jìn)一步凸現了該工藝的優(yōu)點(diǎn)。

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