百樂(lè )克工藝活性污泥膨脹的控制方法

摘要:對百樂(lè )克工藝污水處理設計概況和污泥膨脹的性質(zhì)進(jìn)行了介紹,分析了膨脹的原因,最后提出并實(shí)施了膨脹控制的措施。

關(guān)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(wèn)題是活性污泥自產(chǎn)生以來(lái)一直伴隨并常常發(fā)生的一個(gè)棘手的問(wèn)題。其主要特征是:污泥結構松散,質(zhì)量變輕,沉淀壓縮性能差;SV(沉降比)增大,有時(shí)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(shí)伴隨大量的泡沫的產(chǎn)生,無(wú)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�，F象之一,它直接影響出水水質(zhì),并危害整個(gè)生化系統的運作。德國馮·諾頓西工程技術(shù)公司的百樂(lè )克(BIOLAK(r))系統可廣泛適用于市政污水和工業(yè)廢水的處理。百樂(lè )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(guò)生化方法有效降解COD及BOD,并能通過(guò)波浪式氧化工藝對氮和磷進(jìn)行高效去除。它具有占地緊湊、工藝穩定、維護簡(jiǎn)單、運行費用低等特點(diǎn)。目前,全世界約有500多座百樂(lè )克(BIOLAK(r))污水處理廠(chǎng)在穩定運行。本文通過(guò)介紹百樂(lè )克(BIOLAK(r))污水處理污泥膨脹的發(fā)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(lèi)似問(wèn)題的其他污水處理廠(chǎng)參考。

2　污水處理設計概況
　　
蒲廟造紙廠(chǎng)屬南寧糖業(yè)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(shù)公司的BIOLAK(r)生化處理技術(shù)處理造紙中段廢水,處理規模15000T/d,其處理工藝流程如圖1。

圖1　15000t百樂(lè )克生物技術(shù)處理造紙廢水工藝流程

該污水處理采用移動(dòng)式曝氣鏈,整個(gè)水處理工藝主要參數為:①進(jìn)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(zhì)
　　
污泥膨脹發(fā)生后,曝氣池污泥的SVI值由正常的100～150上升至300～500。經(jīng)靜止沉淀后,肉眼觀(guān)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�；亓魑勰酀舛冉档�,曝氣池泡沫多處泛起棕褐色,泡沫不易破碎、發(fā)粘。對污泥作鏡檢觀(guān)察,發(fā)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(cháng),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(shí),使得絮體松散,沉淀性能變差,污泥體積膨脹。游動(dòng)性小型鞭毛蟲(chóng)增多,菌膠團數量減少。

4　膨脹原因分析
　　
污泥發(fā)生絲狀菌膨脹的原因與污泥負荷率、進(jìn)水的性質(zhì)和運行條件有關(guān)。

4.1　負荷率和污泥膨脹的發(fā)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(chǎn)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(fā)生污泥膨脹。

我們接著(zhù)對進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行24小時(shí)定時(shí)采樣化驗分析,發(fā)現進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)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(jìn)水顏色深,并帶有刺激性氣味。對水質(zhì)做進(jìn)一步的有機污染物成分分析,發(fā)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(lèi)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(zhì)的水解能力弱,也難以吸收不溶性物質(zhì)。為此,當廢水中含可溶解性有機物多時(shí),絲狀菌就易于利用與自身繁殖,這樣就易于發(fā)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(cháng)繁殖時(shí),因其具有較長(cháng)的菌絲,比表面積大,更易于奪得溶解氧進(jìn)行生長(cháng)繁殖,故在低氧環(huán)境中它們仍可在競爭中取得優(yōu)勢,從而會(huì )引發(fā)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(jìn)行測定,其結果如表1。

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(tài),中間和后端DO≥210mg/l。通過(guò)對照絲狀菌和菌膠團的生理和生化性質(zhì)的差異,見(jiàn)表Ê,證實(shí)了上述說(shuō)法的正確,即進(jìn)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(tài)引起絲狀菌的過(guò)度生長(cháng),使活性污泥系統發(fā)生了絲狀菌污泥膨脹。此外,絲狀菌的生長(cháng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的可逆過(guò)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。

4.2　pH和污泥膨脹的發(fā)生
　　
我們還發(fā)現這期間進(jìn)水pH值偏低,在4.8～6.2之間波動(dòng)。原因是新進(jìn)廠(chǎng)的蔗渣產(chǎn)生的廢水偏酸,造成進(jìn)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(fā)育、生長(cháng),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(cháng),而菌膠團的生長(cháng)受到抑制;pH值降至4.5時(shí),真菌將完全占優(yōu)勢,原生動(dòng)物大部分消失,嚴重影響污泥的沉降分離和出水水質(zhì)。

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(lái),污泥大量流失。采取停止進(jìn)水悶曝,排泥后投加營(yíng)養,引進(jìn)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(wú)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(guò)程中我們觀(guān)察到,在進(jìn)行曝氣反應的第一個(gè)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(jīng)過(guò)2～4個(gè)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(tài)。這是由于隨著(zhù)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(tài),這可通過(guò)鏡檢觀(guān)察到。最后,我們決定采用高分子絮凝劑聚丙烯酰胺和價(jià)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(shí)通過(guò)pH計自動(dòng)控制投加濃度為10%Ca(OH)2溶液,調節pH值到7～8,經(jīng)過(guò)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(huán)境的pH值,從而改善微生物的生存環(huán)境,而作為相對比表面積較大的絲狀菌在這種狀態(tài)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(guò)度繁殖造成的污泥膨脹。當污泥得到暫時(shí)的穩定后,緊接著(zhù)采取根治措施,徹底控制污泥膨脹。發(fā)生污泥膨脹的時(shí)候,一般無(wú)法從工藝流程、池型和曝氣方式的改變來(lái)解決,只能在正在運行的流程基礎上通過(guò)改變生化池內的微生物的生長(cháng)環(huán)境來(lái)抑制或消除絲狀菌的過(guò)度繁殖。具體的實(shí)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(shí)間,防止形成厭氧狀態(tài)。調整混合液中的營(yíng)養物質(zhì)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(huán)境,利用生物競爭機制抑制絲狀菌的過(guò)度繁殖,促使所需的菌膠團大量生長(cháng),成為優(yōu)勢菌群,從根本上控制污泥膨脹的發(fā)生和發(fā)展。

③大多數的絲狀菌的世代周期長(cháng)(一般≥9天),可以通過(guò)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(fēng)量,提高對原污水的預曝氣作用,使原污水在進(jìn)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(jìn)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(jīng)過(guò)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(tài),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(cháng)期運行的結果是菌膠團占優(yōu)勢,流量或濃度的改變會(huì )引起絲狀菌的過(guò)度生長(cháng)。因此,污水處理在運行中應注意保持進(jìn)水的連續、均勻性,水質(zhì)的穩定�？偟膩�(lái)說(shuō),在發(fā)生污泥膨脹時(shí),需要水處理工作者根據實(shí)際情況作大量切實(shí)的實(shí)驗和分析,大膽實(shí)踐,才能解決問(wèn)題。

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