活性污泥泡沫和膨脹的原因和預(yù)警控制

摘要：本文研究了某污水處理廠發(fā)生泡沫和污泥膨脹的原因和條件，發(fā)現(xiàn)污泥膨脹和泡沫主要由微絲菌屬細(xì)菌異常增殖引起。其發(fā)生具有季節(jié)性和周期性，主要在冬春季節(jié)氣溫較低時(shí)爆發(fā)。批式試驗(yàn)和連續(xù)流試驗(yàn)采取工藝調(diào)整措施如縮短泥齡和提高負(fù)荷，以及投加化學(xué)藥劑如次氯酸鈉(NaCLO)、季銨鹽(AFP)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚鋁(PAM)等，這些方法均可達(dá)到降低污泥體積指數(shù)SVI，不同程度地控制污泥膨脹和泡沫的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，縮短泥齡和投加次氯酸鈉在泡沫和污泥膨脹發(fā)生的不同階段也可以取得一定的控制效果。本文提出了控制絲狀細(xì)菌異常增殖引發(fā)泡沫和污泥膨脹的預(yù)防控制對(duì)策。

關(guān)鍵詞：微絲菌；  污水處理廠；  污泥膨脹和泡沫；  預(yù)警控制

1  前言

活性污泥泡沫和膨脹是活性污泥處理廠運(yùn)行管理中經(jīng)常碰到的異常問題，它們絕大多數(shù)是由絲狀微生物異常增殖引起，由絲狀細(xì)菌引發(fā)的活性污泥泡沫和膨脹具有明顯的季節(jié)性和周期性，在寒冷季節(jié)發(fā)生較多。由微絲菌Microthrix Parvicella引發(fā)的泡沫和污泥膨脹在歐洲、澳洲等國污水處理廠最為常見，氧化溝則更容易發(fā)生[1-6]。微絲菌是一類革蘭氏陽性菌，具有長而卷曲的絲狀體和疏水性的細(xì)胞壁，喜好低溫，長鏈脂肪酸和油脂。目前，對(duì)由微絲菌引起的泡沫和膨脹缺乏有效的控制對(duì)策[7-8]。

本研究對(duì)某污水處理廠三槽式氧化溝出現(xiàn)的微絲菌泡沫和膨脹問題進(jìn)行了分析研究，通過在小試試驗(yàn)中采取的工藝參數(shù)調(diào)整措施如降低泥齡，以及投加化學(xué)藥劑如加氯殺滅絲狀菌，絮凝沉淀等方法進(jìn)行控制研究，并在實(shí)際污水處理現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。為有效預(yù)防和控制活性污泥膨脹和泡沫，本文提出活性污泥泡沫和膨脹的預(yù)警控制措施。

2  試驗(yàn)材料和方法

2.1  批式試驗(yàn)

采用批式試驗(yàn)研究了四種不同的化學(xué)藥劑對(duì)絲狀微生物的控制效果�；钚晕勰嗟幕旌弦喝∽晕鬯畯S發(fā)生泡沫的氧化溝，試驗(yàn)在1 L的燒杯中進(jìn)行，四種化學(xué)藥劑是有效氯10%的次氯酸鈉溶液，純度為45%的季銨鹽抗菌劑AFP(上海未來企業(yè)公司生產(chǎn))，絮凝劑聚丙烯酰胺PAM（分子量900萬）和聚鋁PAC，各藥劑的加量：次氯酸鈉為100～1250 gCL/kg MLSS，AFP為10～250 gCL/kg MLSS，PAM 2～8 mg/L，PAC 50～400 mg/L。攪拌速度120 rpm，反應(yīng)停止后30min測(cè)定SV30，并鏡檢。

2.2  小試連續(xù)流試驗(yàn)

在批式試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室連續(xù)流的實(shí)驗(yàn)，模型反應(yīng)器進(jìn)水和曝氣方式同實(shí)際氧化溝運(yùn)行方式，見圖1。進(jìn)水取自初沉池出水，污泥來自發(fā)生泡沫的氧化溝，在模型中進(jìn)行了改變泥齡試驗(yàn)和投加化學(xué)藥劑AFP和PAM試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中每天測(cè)試進(jìn)出水COD、NH4-N、MLSS和污泥指數(shù)，進(jìn)行鏡檢，鏡檢方法見文獻(xiàn)7。

2.3  現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)

某污水處理廠設(shè)計(jì)處理量為15萬t/d，處理裝置分設(shè)A，B，C三組氧化溝，每組設(shè)計(jì)承擔(dān)5萬t/d的污水處理量。目前只有A溝和C溝進(jìn)水工作。由于種種原因，兩條溝自運(yùn)行以來都發(fā)生不同程度的污泥膨脹和泡沫。

在現(xiàn)場進(jìn)行的投加次氯酸鈉和縮短泥齡試驗(yàn)，均在A氧化溝進(jìn)行。2003年春末進(jìn)行了投加次氯酸鈉試驗(yàn)，持續(xù)2周，分別在6月5日和6月13日往氧化溝中投加了兩次NaCLO，第一次投加量約為25gCL/KgMLSS，第二次投加12.5gCl/KgMLSS左右；縮短泥齡試驗(yàn)從2003年12月3日開始，持續(xù)1個(gè)月，通過排泥將A溝的污泥齡從11～14天，逐步縮短到6～7天。

3  結(jié)果與討論

3.1  運(yùn)行數(shù)據(jù)指標(biāo)分析

從圖2可見，2003年～2004年的20個(gè)月內(nèi)，氧化溝的SVI變化呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，冬春季節(jié)氧化溝污泥的SVI會(huì)升高，最高可以達(dá)到350mL/g�，F(xiàn)場實(shí)際觀察冬春季節(jié)氧化溝表面時(shí)常會(huì)積聚大量泡沫，有時(shí)泡沫覆蓋達(dá)到90%以上，影響到出水和運(yùn)行管理。而夏秋季相對(duì)比較平穩(wěn)，污泥SVI指數(shù)通常低于150mL/g，基本上觀察不到泡沫現(xiàn)象的發(fā)生。

通過對(duì)圖2中運(yùn)行數(shù)據(jù)的SVI值同溫度及負(fù)荷的分析可知，SVI的變化與溫度正好相反，即水溫低的時(shí)候，SVI值高，反之低，表明污泥膨脹與低溫有關(guān)；負(fù)荷的變化也同SVI值相反，負(fù)荷較低時(shí)，SVI值處于高水平，說明污泥膨脹與低負(fù)荷有關(guān)。鏡檢和生化反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在發(fā)生泡沫的活性污泥混合液和泡沫中，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的是微絲菌。

污泥膨脹和泡沫的發(fā)生具有明顯的季節(jié)性，這和微絲菌的生理特性密切相關(guān)，它的適宜生長溫度在8℃～20℃，細(xì)胞壁呈疏水性，對(duì)長鏈脂肪酸和油脂等疏水性物質(zhì)有較強(qiáng)的親和性，在負(fù)荷較低時(shí)比菌膠團(tuán)細(xì)菌具有競爭優(yōu)勢(shì)。絲狀細(xì)菌在低溫時(shí)附著在漂浮油脂上生長，容易造成泡沫或污泥膨脹。在夏季時(shí)當(dāng)水溫高于20℃時(shí)，微絲菌M. parvicella 能產(chǎn)生蛋白水解酶，該酶可分解細(xì)胞質(zhì)壁上的蛋白質(zhì)，使得菌絲斷裂變短［9］。不同時(shí)期的微絲菌的生長形態(tài)，在冬春季節(jié)時(shí)，是長頭發(fā)絲狀的卷曲菌絲體，絲體長度可以達(dá)到600 μm，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于絮體量；夏季則呈現(xiàn)短桿狀，長度只有100 μm左右，而且數(shù)量有限，顯然這種絲狀體不會(huì)對(duì)污泥沉降的性能產(chǎn)生影響。

3.2批式試驗(yàn)結(jié)果

為了降低污泥中微絲菌的數(shù)量，提高污泥的沉降性能，采取向活性污泥中加入化學(xué)藥劑如殺菌劑和絮凝劑的方法。投加的化學(xué)藥劑有消毒劑次氯酸鈉，抗菌劑AFP，絮凝劑PAM及PAC。批式試驗(yàn)期間，所取實(shí)際氧化溝中起泡沫的活性污泥，其SVI值在200 mL/g左右。試驗(yàn)結(jié)果如下。

兩種化學(xué)藥劑對(duì)活性污泥性狀的影響分別見圖4a和4b。

圖4a中白色柱為投加AFP組，投加量如下：1為空白，2為16.7g/kgMLSS，3為33.3g/kgMLSS，4為83.3g/kgMLSS，5為167.7g/kgMLSS；有色柱為投加NaCLO組，投加量如下：1為空白，2為28gCL/kgMLSS，3為140gCL/kgMLSS，4為280gCL/kgMLSS，5為1400gCL/kgMLSS。

圖4b中白色柱為投加PAM組，投加量如下：1為空白，2為2mg/L，3為4 mg/L，4為8mg/L，5為16mg/L；有色柱為投加PAC組，投加量如下：1為空白，2為50mg/L，3為100mg/L，4為200mg/L，5為400mg/L

從圖4中可見，化學(xué)藥劑的投加可以明顯提高污泥的沉降效果，隨殺菌劑投加量增加SV30降低，加AFP的SV30變化相對(duì)平緩，氯劑量為167.7g/kgMLSS時(shí)對(duì)SVI影響較明顯，SV30比對(duì)照減少50%；投加絮凝劑PAM和PAC在2 mg/L和50 mg/L時(shí)SV30與對(duì)照組相比減少70%，隨劑量的增加，SV30略有升高。投加絮凝劑的SV30比殺菌劑的低。殺菌劑次氯酸鈉和AFP對(duì)絮體性狀的改善主要是殺滅其中的絲狀細(xì)菌，使得絲狀細(xì)菌長度變短，喪失架橋的功能，見圖5。殺菌劑對(duì)絲狀細(xì)菌的殺滅是不可恢復(fù)的，但由于殺菌劑同時(shí)也會(huì)對(duì)菌膠團(tuán)細(xì)菌有殺滅作用，會(huì)影響出水的質(zhì)量[8]。而絮凝劑PAM和PAC的加入則主要是促進(jìn)絮體之間的結(jié)合，使得小塊絮體凝結(jié)成大塊絮體，加快絮體的沉淀，在較短的時(shí)間里達(dá)到較好的效果，對(duì)出水不會(huì)造成影響。由于絮凝劑不能殺滅絲狀細(xì)菌，絮凝起作用的時(shí)間有限，不能從根本上解決絲狀細(xì)菌的膨脹和泡沫問題。

3.3  連續(xù)流模型試驗(yàn)結(jié)果

3.3.1  運(yùn)行工況參數(shù)的改變對(duì)活性污泥性狀的影響

試驗(yàn)開始所取的污泥是C 氧化溝同期膨脹和產(chǎn)生泡沫的污泥，轉(zhuǎn)移到小試模型中后，通過排泥，使得平均泥齡從10天縮短為5～6天見圖6，相比較氧化溝污泥的SVI值，小試模型中污泥的SVI值持續(xù)降低，鏡檢分析，一周后模型中絲狀細(xì)菌從開始的2.8×105 個(gè)交點(diǎn)/g·vss降低到1.7×105 個(gè)交點(diǎn)/g·VSS，而C溝絲狀細(xì)菌數(shù)量變化為3.2×105 個(gè)交點(diǎn)/g·VSS。小試模型中SVI值降低主要是因?yàn)槟Ｐ椭械哪帻g短于絲狀菌的世代生長周期，過短的污泥齡使系統(tǒng)中的狀絲菌在未完成世代生長的過程時(shí)就被排出系統(tǒng)之外，使系統(tǒng)中絲狀菌不斷流失，最終在氧化溝中其數(shù)量大幅降低，SVI值降低。

3.3.2  連續(xù)流小試中化學(xué)藥劑投加對(duì)活性污泥性狀的影響

試驗(yàn)殺菌劑AFP和絮凝劑PAM的投加對(duì)連續(xù)流小試模型活性污泥性狀的影響，從圖7可見，投加AFP兩天后SVI值有明顯降低，SVI值從開始的220 mL/g下降到不到100 ml/g，模型表面無可見泡沫，而同期C氧化溝污泥指數(shù)基本上維持在200 mL/g以上，且出現(xiàn)了覆蓋度為20%～30%的泡沫。對(duì)微絲菌的數(shù)量開始時(shí)為8.94×105 個(gè)交點(diǎn)/mL，經(jīng)過連續(xù)投加AFP，5天后絲狀細(xì)菌的數(shù)量減少為1.89×105個(gè)交點(diǎn)/mL。說明AFP的連續(xù)投加對(duì)絲狀細(xì)菌的殺滅效果顯著。

在連續(xù)流模型中試驗(yàn)中，投加絮凝劑PAM對(duì)溝中污泥的SVI有較大的改善，較大劑量的PAM投加，使得污泥形成大塊的絮體，沉淀到模型的底部，導(dǎo)致曝氣轉(zhuǎn)刷不能將污泥攪拌起來，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在實(shí)際操作運(yùn)行中應(yīng)采用低劑量的PAM投加量，如1～2 mg/L。

3.4  生產(chǎn)性試驗(yàn)

3.4.1  泥齡調(diào)整試驗(yàn)

由圖8可見，在12月3日泥齡調(diào)整前，氧化溝中污泥的SVI普遍高于150 ml/g，通過排泥將泥齡從11～14天逐步調(diào)整到污泥齡為6～7天后，SVI值逐漸下降，到12月18日以后，SVI值已降到150 ml/g以下。說明隨著污泥齡的縮短，活性污泥的沉降性能得到提高。從生產(chǎn)運(yùn)行來看，通過調(diào)整泥齡，污泥的沉降性能變好，泡沫減少，出水懸浮物濃度降低。雖然加大排泥后系統(tǒng)中活性污泥量不斷減少，加之水溫降低，出水指標(biāo)均有所升高，但是能夠達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，污泥齡調(diào)整前后出水水質(zhì)比較見表1。

3.4.2  次氯酸鈉投加試驗(yàn)

在投加次氯酸鈉試驗(yàn)前氧化溝的泡沫和污泥膨脹已經(jīng)持續(xù)了比較長的時(shí)間，單靠工藝調(diào)整效果不明顯。從圖9可見投加氯對(duì)污泥SVI的影響，第一次投加次氯酸鈉后第三天，活性污泥的SVI值從接近250 mL/g迅速降低到低于100 mL/g，泡沫明顯減少，維持了一個(gè)星期之后SVI值升高，又投加了一次次氯酸鈉，由于這次的劑量只有第一次的一半，投加劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于批式試驗(yàn)的次氯酸鈉量，所以對(duì)絲狀細(xì)菌的殺滅影響不大，所以只維持了三天，SVI值便又開始升高，并在第四天后超過150 mL/g。本試驗(yàn)表明，如果要保持較好的污泥性狀，必須加大使用劑量或提高次氯酸鈉使用頻率，在本氧化溝試驗(yàn)中最好一個(gè)星期加一次。加次氯酸鈉后出水的COD有所波動(dòng)，峰值時(shí)比平時(shí)偏高40%～50%，但是仍低于70mg/L（見圖10）。

4  結(jié)論

對(duì)于微絲菌引發(fā)的污泥膨脹和泡沫控制，已有的研究證明，缺氧/和厭氧選擇器沒有顯著效果[10-12]；工藝調(diào)控措施如泥齡縮短，提高負(fù)荷等，在泡沫和膨脹發(fā)生的初期是有一定的作用，但是當(dāng)泡沫和膨脹發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，效果往往不顯著；加化學(xué)藥劑的方法，往往作為一種應(yīng)急的措施，在緊急的情況下可以在短時(shí)間內(nèi)控制污泥膨脹和泡沫，但是投加量過大會(huì)對(duì)活性污泥的活性產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而影響系統(tǒng)的功能。

在我們的試驗(yàn)中，采取工藝調(diào)節(jié)或投加化學(xué)藥劑的方法，可降低污泥指數(shù)SVI，抑制泡沫和污泥膨脹的發(fā)生。在實(shí)際現(xiàn)場氧化溝的實(shí)驗(yàn)中，縮短泥齡在泡沫和膨脹的初期有顯著控制污泥膨脹和泡沫的效果，投加次氯酸鈉方法對(duì)發(fā)展期的泡沫和膨脹有一定的控制作用，但是劑量和使用頻率要根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

在實(shí)際工程中建議根據(jù)生物泡沫和污泥膨脹發(fā)展的不同程度和時(shí)期進(jìn)行預(yù)防控制，以防患于未然。對(duì)于發(fā)展初期的泡沫和膨脹，采取工藝調(diào)整措施，達(dá)到抑制絲狀細(xì)菌生長的目的，在絲狀細(xì)菌發(fā)展的中期，采取應(yīng)急的投加殺菌劑和混凝劑的對(duì)策，在較嚴(yán)重的時(shí)期，采取多種方法的綜合措施來控制絲狀細(xì)菌，用盡可能小的代價(jià)來解決運(yùn)行中的異常問題�？傊�，為有效的預(yù)防控制絲狀細(xì)菌產(chǎn)生的污泥膨脹和泡沫，有必要建立相應(yīng)的預(yù)防控制措施，將其消除在萌芽狀態(tài)，以防止大規(guī)模的膨脹和泡沫的發(fā)生。來源：中國水污染治理網(wǎng) 作者: 謝冰，徐亞同，戴興春，陸家，王國華