污泥微膨胀技术在印染废水处理中的应用
摘要：常州某印染小区废水处理厂，污泥指数（SVI）常年在150mL/g以上，经分析，污泥负荷低、原水中硫化物质量浓度高及水温适宜丝状菌生长是处理厂污泥易发生膨胀的主要原因。在此通过将SVI控制在160～260mL/g之间的有效方法，不但不会引起污泥流失，反而出水清澈，悬浮物极少，称之为“污泥丝状菌微膨胀”。
关键词：印染废水,污泥微膨胀,控制,应用
0引言
常州某印染小区废水采用集中处理的方式运行，废水来自23家印染企业的生产废水和一个住宅小区的生活污水，废水经调节池混合后，CODCr 质量浓度在800～1000mg/L间，BOD5 质量浓度为200 ～300mg/L。污水处理厂采用的工艺为：调节水解池＋混凝沉淀＋活性污泥法＋二沉＋混凝沉淀。其中活性污泥法采用推流式，正式运行以来，污泥指数（SVI）常年在150mL/g以上，运行初期，常因污泥过度膨胀影响出水水质，在长期的防止污泥膨胀的实践中发现：将SVI控制在160～260mL/g之间，不但不会引起污泥流失，反而出水清澈，悬浮物极少，在此称之为“污泥丝状菌微膨胀”。
1污泥膨胀产生原因分析
正常的活性污泥结构较稠密，沉降性能好，当丝状菌生长繁殖过多时，菌胶团的生长繁殖受到抑制，众多的丝状菌伸出菌胶团表面以外，使污泥体积膨胀，发生丝状菌污泥膨胀[1]。根据丝状微生物对环境条件和基质种类要求的不同，可将丝状菌污泥膨胀划分为5种类型:低基质浓度型、低DO浓度型、营养缺乏型和高硫化物型和pH平衡型。这5种类型的污泥膨胀占目前所存在的污泥膨胀问题的绝大部分。针对这些污泥膨胀问题，较多的研究者提出了一系列的假说。如：表面积/容积比(A/V)假说、积累/再生(AC/SC)假说、饥饿假说等，其中最被广泛接受的假说是表面积/容积比(A/V)假说[2]。丝状菌污泥膨胀的成因为系统综合环境，它有利于丝状菌的生长，但不利于菌胶团的生长，会导致丝状菌成为优势菌种而大量繁殖。下面从污泥丝状菌膨胀的几个重要影响因素分析该厂污泥膨胀的原因。
1.1污泥负荷
由于印染废水可生化性差[ρ（BOD5）：ρ（COD）≈ 0.3]，设计时采用低负荷的延时曝气法，单位MLSS 的BOD5 污泥负荷为0.12kg/(kg·d)，每周测定1次 BOD5 值，半年测定27次，实际运行的负荷如图1。
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由图1可知，实际运行的单位MLS的SBOD5污泥负荷在0.05～0.08kg/(kg·d)之间。根据A/V假说，伸展于活性污泥絮体之外的丝状菌的比表面积要大大超过菌胶团微生物的比表面积。当微生物处于基质限制和控制的状态时，比表面积大的丝状菌在取得底物能力方面强于菌胶团微生物，结果在曝气池内丝状菌的生长占优势，而菌胶团微生物的生长则将受到限制。由于废水处理厂污泥负荷极低，絮凝体中的菌胶团细菌得不到足够的营养，而交织于絮凝体中的球衣菌却形成长的丝状体伸出絮体，以增加表面积，充分吸收环境中的低浓度的营养物质[3]。因此过低的污泥负荷是污水处理厂污泥膨胀的主要原因之一。
1.2硫化物
废水处理厂进水pH值在9～12，用废硫酸调节 pH值至8.5左右，大量的硫酸根经厌氧水解处理后，转化为硫化氢（H2S）。另原印染废水中也含有较高的S2-，经混凝沉淀去除部分S2-，好氧池进水的S2- 质量浓度在10～30mg/L。研究资料表明，从H2S对不同微生物的毒性及丝状菌和菌胶团细菌生长条件的差异来看，S2-主要在2个方面对污泥膨胀产生影响:①H2S对菌胶团细菌的抑制毒害作用大于对丝状菌的。S2-的抑制作用主要取决于水中游离H2S的浓度，因为细胞一般带负电，只有电中性的H2S才能接近并穿透细菌的细胞壁进入细菌体内发生毒害作用。而丝状菌一般对毒性物质具有更高的承受能力，因而H2S的大量存在会造成丝状菌在与菌胶团细菌的生长竞争中占据优势；②还原态S2-的存在为丝状菌的繁殖提供能源。嗜硫菌基本都是丝状菌，在硫底质丰富时，此类丝状菌大量繁殖，易引起污泥膨胀[4]。所以S2-质量浓度较高为废水处理厂污泥膨胀的原因之一。
1.3溶解氧
活性污泥在溶解氧（DO）低的条件下大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖，而具有较长菌丝，比表面积大的丝状菌更易夺得DO进行生长繁殖，所以 DO质量浓度太低容易发生污泥膨胀。废水处理厂好氧生化系统采用的延长曝气法，处于低负荷运行状态，DO控制相对比较容易，其质量浓度一直保持在 2.5mg/L以上。因此可以认为DO不是引起污泥膨胀的主要原因。为了抑制丝状菌生长，曾提高DO，曝气池出水口DO质量浓度在3.0mg/L以上，连续运行一段时间发现：系统中，充足的DO不能抑制丝状菌的生长。
1.4水温
温度是影响微生物生长与生存的重要因素之一，不同的丝状菌具有各自适宜生长的温度范围。如：球衣菌的适宜生长温度在30℃左右，丝硫菌、贝氏硫菌的适宜稳定在30～36℃之间。
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图2为2007年下半年水温变化曲线。每天测定 1次，半年连续测定183次，结果表明：水温非常适宜丝状菌生长。当水温超过39℃时，SVI值呈下降的趋势，水温下降后SVI值逐渐上升到150mL/g以上。说明丝状菌的生长繁殖受温度的影响大于菌胶团[5]。
1.5pH值
据国内外研究报道，在活性污泥法运行中，菌胶团生长适宜的pH值范围是6.5～8.0，而丝状菌确是在4.5～6.5之间能够较好的生长。所以pH值低于6时易引起丝状菌的大量繁殖，而菌胶团的生长受到抑制[6]。处理厂运行以来pH值一直保持在7.2 ～8.0之间，因此pH值不是引起废水处理厂污泥膨胀的原因。
1.6氮和磷
很多方面的研究表明，许多丝状菌对营养物质 N，P有着较强的亲和力，这可能就是缺乏营养物质导致污泥膨胀的原因。通常认为，N与P的合适比例为ρ（BOD5）∶ρ（N）∶ρ（P）=100∶5∶1。当污水中N，P不足时，易引起污泥膨胀发生。废水处理厂ρ（BOD5）∶ ρ（N）∶ρ（P）约为100∶4.5∶1.2，营养比基本合适，其中的氮元素稍有不足，即在好氧系统进水口滴加尿素溶解液，将ρ（BOD5）∶ρ（N）调整至100∶5，连续运行超过100d，未发现SVI有明显变化，可以认为N,P元素不是引起废水处理厂污泥膨胀的主要因素。
综上分析，长期低污泥负荷运行，废水中S2-质量浓度高和水温适宜丝状菌生长是处理厂污泥易发生膨胀的主要原因。而DO和N缺乏不是其造成污泥膨胀的主要原因。
2防止污泥过度膨胀的控制方法
通过以上的分析，污泥负荷低、原水中S2-质量浓度高和适宜丝状菌生长的水温是引起污泥膨胀的原因，其中由于水量大，水温难以控制，针对另外2 点引起污泥膨胀的成因，现场采取的措施依次为：
2.1增大剩余污泥的排放量
当SVI有升高趋势时，增大剩余污泥的排放量，缩短污泥泥龄（SRT），从而加快了污泥更新。由于剩余污泥的排放量，使好氧池内MLSS降低，从而增大污泥负荷，向有利于菌胶团生长的方向发展[7]，SVI 值会明显降低，进而污泥膨胀则会得到一定程度的抑制。通过镜检观察，工艺调整后丝状菌的数量在活性污泥中已不占主要地位。
2.2投加次氯酸钠
在实践运行中，上述办法一般情况下均能控制住污泥的过度膨胀。当上述办法控制不住丝状菌过度膨胀时，可在好氧池内投加有效氯质量分数为 10%的次氯酸钠（NaCLO），投加比例根据实验小试确定，张玉梅等[8]在唐山某污水处理厂以投加量0.5～ 1.0mg/L有效的控制了丝状菌的膨胀。参照此法每次均取得很好的效果，投加NaCLO后，丝状菌得到了一定的控制，其SV30 在投加后持续下降，并且在投加后的一段时间内相对稳定在较低范围内，出水 CODCr 质量浓度有升高的趋势，但未超出排放标准。
2.3在好氧池出水处投加絮凝剂
上述2种控制方法有时见效较慢，为了二沉出水不漂泥，从而影响出水水质，可在好氧池出水处投加混凝剂的改善污泥沉降性能，可选用的混凝剂有聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铁（PFC）、三氯化铁（FeCl3）和聚丙烯酰胺（PAM）等，通过混凝沉淀作用来提高污泥的沉降性能。1992年，CBUDOBA[9]在实验中发现无机絮凝剂的应用，特别是它们的水解产物Fe(OH)3，Al(OH)3 和SiO2 是一种可行的改善活性污泥性质的方法。研究采用在好氧池出水处滴加 PAC的方法，有效的控制了污泥过度膨胀问题。
3污泥微膨胀时水质分析
丝状菌是形成活性污泥絮体的骨架，菌胶团细菌等微生物产生多聚糖附着在上面，形成了凝胶基质架，胶体物质和其他微生物附着在其上。活性污泥中适当数量的丝状菌对于维持污泥的絮体结构非常重要，且丝状菌有巨大的比表面积，很强的吸附能力，降解低有机污染物浓度的能力强于菌胶团。控制菌胶团细菌和丝状菌之间有个合适的比例关系，达到某个共生平衡，有助于使活性污泥处于微膨胀状态，可有效地网捕出水中细小的悬浮物，使出水清澈,CODCr 质量浓度更低。
2007年下半年SVI和出水CODCr 质量浓度变化趋势如图3所示。据2007年下半年和2008年上半年观察，污泥微膨胀时出水清澈，SS质量浓度小于5mg/L。
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图中显示每天测定1次，半年连续试测定183 次。由上图分析可知：当SIV在160～260mL/g之间时，污泥处于丝状菌微膨胀状态，出水水质比污泥非膨胀状态时好。
4结论
（1）氮元素缺乏不是造成废水处理厂污泥膨胀的主要原因,在其他条件不变的情况下,只投加氮源并不能使膨胀污泥的性能得到恢复,而调整污泥负荷则可使丝状菌污泥膨胀得到有效控制。原水中S2- 质量浓度高和水温适宜丝状菌生长，是其污泥膨胀的影响因素。
（2）在好氧系统进水水质水量波动不大的情况下，控制MLSS从而调整污泥负荷，是防止污泥丝状菌过度膨胀的重要手段；
（3）水温高于39℃后，SVI急剧下降，说明温度高于39℃不利于丝状菌的生长繁殖；
（4）丝状菌污泥膨胀控制得当，使污泥长期处于微膨胀状态下，出水清澈，悬浮物少，CODCr 质量浓度低于非污泥膨胀时值。
参考文献
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[2]沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术-理论与应用[M].北京：中国环境科学出版社，1999.
[3]IMRET,ERONF.Modellingofthemicromorphologyofthe activatedsludgefLoc:lowDO,lowF/Mbulking[J].WatSci Teah,1995,31(2):235-243.
[4]黄华山，祁佩时.高硫化物型污泥膨胀的形成机理于控制 [J].中国给排水，2008，24（5）：65-67.
[5]KNOOPS,KUNSTS.Influenceoftemperatureandsludge loadingonactivatedsludgesetting,especiallgonmicrothrix parcicel-La[J].WatSciTech,1998,37(4/5):27-35.
[6]虞伟权，杨建东.印染废水处理厂污泥膨胀控制应用探讨 [J].给水排水，2007，33（11）：60-63.
[7]张建丰.活性污泥法工艺控制[M].北京：中国电力出版社， 2007.
[8]张玉梅，赵小双.污水处理厂污泥膨胀控制研究[J].上海化工，2007，32（5）：4-7.
[9]CBUDOBAJ.Controlofactivatedsludgefilamentous bulking-VI.formulationofbasicprinciples[J].WaterRes, 1985,19(8):1017.
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