SBR运行中污泥膨胀的发生与控制
简介： 结合SBR法处理工业废水时发生污泥膨胀的工程实例，详细介绍了膨胀的发生和控制过程，指出较低的污泥负荷是造成膨胀的主要原因，并对膨胀机理加以探讨。
关键字：SBR 污泥膨胀 低负荷
污泥膨胀问题是传统活性污泥工艺运行过程中常常发生且难以杜绝的棘手问题，且90%以上的污泥膨胀是由丝状菌的过度生长造成的［1］。SBR法由于其间歇式的进水和反应方式，在时间上存在着很高的基质浓度梯度，因而能有效地抑制丝状菌的生长繁殖，被认为是最不易发生污泥膨胀的活性污泥工艺，近年来被广泛应用于城市污水和工业废水的处理。那么SBR法在应用过程中是否一定不发生污泥膨胀呢?2000年1月，笔者在昆明制药股份有限公司的废水处理(采用SBR工艺)运行中就亲历了一次污泥膨胀过程。通过充分利用SBR法本身操作的灵活性，及时有针对性地调整运行方式，仅10天左右就使污泥膨胀得到了控制。
1 SBR工艺简介
昆明制药集团股份有限公司废水设计处理水量为1500m3/d，原水COD为1500mg/L。采用三池交替运行的SBR主体处理工艺：设计污泥负荷为0.05kgBOD/(kgMLSS•d)，MLSS为3000mg/L，排出比为1∶4，采用限制曝气(进水完毕后曝气)，每座反应池运行周期为12.0h(充水1.0h、曝气反应8.0h、沉淀1.5h、滗水1.0h、闲置0.5h)。
该处理系统自1999年9月通过验收投产以来一直运行稳定，出水指标(见表1)完全符合国家《污水综合排放标准》(GB8978—6)的一级标准。
自1999年12月以来，厂内部分车间停产检修，这使得排入处理站的水量(约800m3/d)明显减少，有机物浓度降低(见图1)。于是将原来三池运行改为两池运行(一池闲置不用)，闲置期延长至3.5h。
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2 污泥膨胀的发生和原因分析
2.1 污泥膨胀的发生
2000年1月中旬，两SBR池几乎同时发生了污泥膨胀。期间粘有较多细碎污泥絮体的高粘性泡沫弥漫于池面，整个曝气阶段都没有衰减；污泥无法沉降，沉淀期结束后水面仍有明显可见的大量黄褐色污泥絮团悬浮，SVI高达250～280mL/g。由于滗水时有较多污泥流失，出水COD上升至170～190mg/L。对加入聚合氯化铝絮凝、沉淀后的上清液进行测定，COD仅为50～60mg/L(好于正常情况下的出水)，这说明丝状菌本身能有效地降解有机物。在显微镜下观察污泥：一根根丝状球衣细菌交错丛生，像头发一般散乱膨松；原来呈块状的菌胶团已完全解体，细碎的污泥絮体散落于丝状菌丛中，有较多的草履虫和豆形虫等原生动物活动于其间，此时丝状菌已成为污泥的主体。
2.2 污泥膨胀原因分析
每天的工作记录表明，在调节池用80%的NaOH溶液通过pH指示调节仪自动调节pH值在6.0～8.0，同时按比例投加营养盐(尿素和磷肥)，曝气池的DO值为2.0～4.5mg/L、水温为20～25℃(由于采用鼓风机曝气，即使是冬季仍能保持较高水温)条件下运行时，镜检没有发现污泥内部有缺氧迹象，即解体的污泥絮体呈黄褐色(中心无缺氧变黑的区域)，轮虫和线虫等后生动物活跃，说明溶解氧的传递和渗透性良好，不存在微观状态中的缺氧。可见上述因素不是引起污泥膨胀的主要原因。
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从图1可知，虽然进水浓度持续降低，但其变化的梯度并不大，亦不可能造成冲击负荷。值得注意的是，由于排泥管堵塞，一段时期以来各SBR池的排泥量一直偏低(有时甚至不排泥)，此时的MLSS高达6500～7000mg/L。即使将原来的三池改为两池运行，较少的来水仍使每池的实际处理量只有设计水量的80%左右。显然，过低的进水有机物浓度和水量、过高的污泥浓度导致了污泥负荷偏低，从而推断低负荷是引起污泥膨胀的主要原因，应依此采取相应的控制措施。
3 控制污泥膨胀的方法和过程
污泥膨胀控制从2000年1月20日开始。由于膨胀的恶化及MLSS不断增长，此时两池的SV均已达到了90%以上。
首先为保证出水效果，在停止曝气前10min向SBR池投加氢氧化钙(按1∶200的比例)，通过其凝聚作用来提高污泥的压密性以改善污泥沉降性能。在接下来的滗水过程中，将水位滗至滗水器所能到达的最低位(滗水深度为原来的3倍)，这样在进水量不变的情况下，排出比由1∶4升至1∶2，使稀释倍数降低，提高了基质初始浓度。另外充分利用闲置期，将机动潜污泵投入SBR池中进行强制排泥(剩余污泥被排入闲置池中进行消化处理)，同时疏通排泥管以确保每天的正常排泥。经过4个周期的运行，到22日泡沫现象虽未有明显改观，但各池SV均停止了增长。这说明对污泥膨胀原因的分析是正确的，采取的措施是可行的。
通过继续强制排泥使MLSS逐渐回落到3000mg/L左右，并缩短充水时间(由启动1台提升泵改为2台)，进一步提高基质初始浓度，将曝气时间减至6.0h增大了浓度梯度，避免了曝气结束后污泥负荷过低而利于丝状菌生长。到1月24日(氢氧化钙停止投加)，水面悬浮的黄褐色污泥已基本消失，SVI亦缓慢下降(见图2)，出水COD降至120mg/L以下。镜检观察到丝状菌已明显衰减，由丛生状变为分散状，部分单枝已折断成散碎短枝。此时，泡沫量也开始减少，间或有水面露出。
此后每天仍稳定地排除剩余污泥(MLSS控制在3000mg/L左右)并保持其他措施不变。从24日开始SVI持续下降，泡沫也随时间的推移而衰减，到曝气后期主要集中在曝气头上方水面区域，由于粘带的污泥絮体减少其颜色也由暗变亮。到30日，两SBR池的SVI都降到了200mL/g以下，出水COD也已稳定在100mg/L以内。镜检发现污泥恢复到了原来的菌胶团正常状态，且丝状菌基本消失，仅有少量短碎单枝夹裹在污泥中；草履虫和豆形虫等这些只有在污泥性能不好时才出现的微生物也大为减少。污泥膨胀已得到有效控制。
以后控制每天的排泥量，保证MLSS在3000mg/L左右，系统一直运行稳定，膨胀再也没有发生。
2000年5月后，来水水质、水量逐渐正常，又恢复了三池运行及原来的运行参数。针对情况变化，始终着重于通过污泥负荷的控制来调整工艺，确保了系统稳定运行。
4 污泥膨胀及控制机理
和菌胶团细菌相比，丝状菌具有比表面积大和在低底物浓度时竞争生长优势明显的特性［2］，因而低有机负荷被认为是引起污泥膨胀的重要因素［3］。
SBR法能有效抑制丝状菌生长的关键在于反应器内存在较高的有机底物浓度梯度(在时间上)，同时对应存在着一个变化的污泥负荷，这一非稳态的过程不利于丝状菌竞争生长优势的发挥。在本例中，0.05kgBOD/(kgMLSS•d)的负荷在SBR工艺设计中已属低负荷范围；当来水有机物浓度较低时，偏小的排出比(1∶4)又使混合液进一步被稀释；由给出数据不难算出，COD实际浓度变化为80～250 mg/L(设计出水COD为80mg/L)，不能形成较高的浓度梯度；而对于高出设计近一倍多的污泥浓度则污泥负荷更低且基本没有梯度变化，上述这些情况都无法对丝状菌形成抑制。低负荷必然又对应着长泥龄，这又利于丝状菌(比增长速率小于胶团细菌)在反应器内的停留、生长［1］。同时，低负荷下相对较高的溶解氧浓度也利于丝状菌(绝大多数为专性好氧菌)生长［1］。所以，正是由于负荷过低造成了这次污泥膨胀的发生。
需要指出，虽然多数丝状菌为绝对好氧菌，但比表面积大的生理特点使其在低DO浓度下的增殖速率明显高于胶团细菌，从而也会导致污泥膨胀［4］。在本例中，MLSS高达6500～7000mg/L，容易对曝气气泡的扩散和转移造成影响而使DO浓度偏低。实际中由于采用的三螺旋曝气器具有良好的水力切割及剪切性能，使氧在液相中的传递和向污泥内部的渗透能够顺利进行，保证了微生物的实际需氧。
伴随污泥膨胀的发生出现了严重的泡沫现象，这主要是由丝状菌(呈丝状或枝状)的过度生长引起的，丝网与气泡、絮体颗粒混合成的泡沫具有稳定、持续、较难控制的特点［5］。当丝状菌的生长受到抑制即污泥膨胀得到控制时，泡沫也会随之减弱。泡沫表征的变化也为污泥膨胀的发生和控制起到了较好的指示作用。
5 结语
SBR工艺不易发生污泥膨胀，但并不排除其发生的可能性。在实际操作中，应对废水水质、运行条件和丝状菌过度生长之间的关系予以重视，充分利用工艺优势加以调整。同时，此次控制污泥膨胀的成功经验也表明，SBR法比传统活性污泥工艺在控制污泥膨胀方面更具可操作性，进一步凸现了该工艺的优点。
参考文献：
［1］沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术─理论与实践［M］.北京：中国环境科学出版社,2000.
［2］王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制［M］.北京：中国环境科学出版社,1992.
［3］Andre Mvan Niekerk,David Jenkins,Michel GRichard.The competitive growth of zoo gloea ramiogera and type 021 N in activated sludge and pure culture─a model for low F/M bulking［J］.JWPCF,1987,59(5):262-273.
［4］王淑莹，高春娣，彭永臻.SBR法处理工业废水中有机负荷对污泥膨胀的影响［J］.环境科学学报，2000，20(2)：129-133.
［5］李探微，彭永臻，陈志根，等.活性污泥法的生物泡沫形成和控制［J］.中国给水排水，2001，17(4)：73-76.
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