活性污泥膨胀现象的原因和控制措施

  一、什么是“活性污泥”?

  活性污泥法自1914年由E.Arden和W.T.Lokett在英国曼彻斯特开创以来,广泛被应用于生活污水和工业废水的处理。所谓活性污泥,就是由细菌、原生动物等微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起而形成的具有很强吸附分解有机物能力的絮状体颗粒,这种絮状结构具有良好的沉降性能,使处理水与污泥分开, 最终达到废水净化的目的。活性污泥法中的关键是活性污泥, 其沉降性能的好坏直接影响到出水水质。

二、什么是“污泥膨胀”?

发生污泥膨胀是活性污泥处理系统在运行过程中出现的异常情况之一,其表观现象是活性污泥絮凝体的结构与正常絮凝体相比要松散一些, 体积膨胀, 含水率上升, 不利于污泥底物对污水中营养物质的吸收降解,微生物大量消失, 并且影响后续构筑物的沉淀效果。

三、污泥膨胀的测定指标 

评价污泥沉降性能常用指标有下列几种: 

①污泥沉降比: 取活性污泥反应器中的混合液静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分比。正常的活性污泥沉静30min后,一般可接近其最大密度,反映沉淀池中活性污泥的浓缩情况,即SV30。 

②污泥容积指数:曝气池出口处的混合液,在经过了30min静沉后,每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。可表示活性污泥中菌胶团结合水率的高低。

③污泥成层沉降速度: 混合液静置一段时间后,形成清晰的泥水分界线, 此后进入成层沉淀阶段, 分界线将以匀速下降。

④丝状菌长度: 活性污泥单位体积内丝状菌的长度,该量用来表示丝状菌含量。 

四、污泥膨胀的诱因

目前, 对污泥膨胀的研究可以分为两个方面, 一方面从工艺运行的角度来研究。 比如: 调整污水的pH 值、溶解氧、泥龄等; 另一方面是对引起污泥膨胀的微生物进行研究。这两个方面是相互影响、相互联系、相互制约的。从目前已有的研究成果来看, 活性污泥膨胀的发生与以下几种因素有关。

1、进水水质

(1) 进水中氮和磷营养物质缺乏: 当进水中氮和磷含量不足时,会使低营养型微生物如:贝氏硫细菌、浮游分枝球衣菌等丝状菌过量繁殖,出现丝状菌污泥膨胀。最近的研究表明, 当磷充足而氮缺乏时,由于营养比例失调,会出现非丝状菌污泥膨胀。因此, 要严格控制常规性污泥法BOD∶N∶P=100∶5∶1, 如果发生污泥膨胀, 应加入氨水、尿素、硫胺等。

(2) 进水中碳水化合物含量高,含有大量可溶性有机物: 在导致丝状菌污泥膨胀的微生物中, 最有代表性的是球衣菌属, 它能将葡萄糖、乳糖等糖类物质直接作为能源利用, 同时分泌出高粘性物质, 覆盖在胶团菌表面, 大大提高污泥的水结合率, 导致非丝状菌污泥膨胀。此外, 活性污泥中的丝状菌与其他细菌相比, 对高分子物质的水解能力弱, 也难吸收不溶性物质。所以, 当进水中含可溶性有机物较多时, 丝状菌就易利用自身繁殖, 导致丝状菌膨胀。

(3) 进水中硫化物含量高,腐败或早期消化的污水:正常的活性污泥中硫代谢丝状菌含量不多, 若污水储存或在排水管道、初沉池中停留时间过长,底物中硫化物含量偏高, 容易引起硫化菌、贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌的过量繁殖, 引起污泥的膨胀。

(4) 进水波动:进水波动是指进入活性污泥反应器的原水在流量以及有机物浓度、种类方面的改变,曝气池中有机物浓度突然增加。由于微生物的呼吸迅速, 溶解氧量降低, 丝状菌和絮凝性菌胶团争夺溶解氧, 丝状菌优势生长而引起膨胀。

2、pH值

污水中的有机物由厌氧兼氧水解酸化而降解为低分子化合物, 如挥发性的有机酸、氨基酸、单糖、醇类等, 同时导致 pH 值降低, 这种环境有利于某些丝状菌的繁殖。Peidi Hu Peter和F.Storm报道说在pH≤5 的情况下,易引起真菌丝状菌的膨胀。

3、温度

温度是影响微生物生长与生存的重要因素之一, 每种微生物都有各自的适宜生长温度。在某温度范围内, 若浮游球衣菌、发硫菌属等占优, 可能引起污泥膨胀。有人通过观察引起丝状菌膨胀的主要原因,细菌在 5℃、12℃和20℃下的生长情况, 认为低温有利于丝状菌的生长。也有研究表明,在其他条件等同的情况下, 10℃时产生严重的污泥膨胀,如将反应器温度提高到 22℃时, 不再产生污泥膨胀。这也是大多数活性污泥在冬季会产生污泥膨胀的原因之一。

4、溶解氧

溶解氧作为构成活性污泥混合液三要素(气、水、泥) 之一,是许多生物降解反应的必要条件,保持一定的溶解氧(DO)含量, 是控制反应器的很重要因素之一。在DO较低的情况下,某些丝状菌(如Sphaerotilusnatans,1701 型) 因其饱和常数Ko较小,对低浓度DO 有很大的亲合力而增殖迅速，但是,DO在“ 膨胀”与“非膨胀”之间的临界值并不是固定的, 这是因为这个值还依赖于反应器中活性污泥负荷 Bx 的实际值。

5、BOD-污泥负荷

BOD-污泥负荷是设计活性污泥反应池和控制其运行的重要指标。不少学者研究发现,污泥负荷在0.25～ 0.45kg BOD/kgMLSS.d范围时沉降性能好,超出这个范围会导致SVI值升高。

此外, 泥龄过长,有机物浓度梯度小也会引起污泥膨胀。

6、进水中含有毒物质

不利于絮体形成的有毒有害物质如: H2S、酚、醛、酮等会使SVI 升高。 据报道城市污水中, H2S浓度超过1～ 2mg/L,就可能发生污泥膨胀, 控制这一类型的膨胀可以采用预曝气,或采用重金属盐类形成沉淀去除H2S等。

此外, 排泥不畅通也是引起非丝状菌污泥膨胀的一个诱因。

五、污泥膨胀的控制措施

1、临时控制措施临时控制措施有活性污泥加重助沉法和灭菌法。

( 1) 活性污泥加重助沉法是指向发生膨胀的污泥中加入有机或无机混凝剂, 如: 聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂, 增加活性污泥的比重,使之在沉淀池内易于分离。助凝剂投加量不可太多, 否则易破坏细菌的生物活性, 降低处理效果。助沉法一般用于控制非丝状菌污泥膨胀。

( 2) 灭菌法指向发生丝状菌膨胀的污泥中投加化学药剂 ,杀灭抑制丝状菌。常用的灭菌 剂 有NaClO、ClO2、Cl2、H2O2和漂白粉等。但是,氯等灭菌剂对微生物是无选择性的杀伤剂, 既能杀死丝状菌,也能杀伤菌胶团细菌。 H2O2可破坏伸出絮体很大的丝状菌, 但不能破坏存在于絮体之内丝状菌属。

临时控制方法由于运行控制不好掌握,且无法解决污泥膨胀问题,还会带来出水水质恶化的不良后果, 故不建议使用。

2、工艺运行调节控制措施

工艺运行调节控制措施用于运行控制不当产生的污泥膨胀。例如,对已消化污水产生的污泥膨胀,可对其进行曝气,或沉淀池中污泥应及时刮除;对N、P 等营养物质缺乏引起的污泥膨胀, 可及时补充投加尿素、铵盐等或使其与生活污水混合进行处理,使N、P控制在BOD5∶N∶P=100∶5∶1 左右。控制该情况下产生的污泥膨胀时,适当的增加污泥负荷,可加快污泥的恢复速度;由于DO低导致的污泥膨胀,可以增开鼓风机,用提高供氧来解决;由于pH低导致的污泥膨胀可以调节进水水质;由于低负荷导致的污泥膨胀,可以在不降低处理功能的前提下,适当提高负荷。

3、环境调控控制法

环境调控控制法出发点是通过曝气池中生态环境的改变, 造成有利于菌胶团细菌生长的环境条件,应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖, 将丝状菌控制在合理的范围内,从而控制污泥膨胀的发生。

环境调控控制法还包括改变反应器的形式,将完全混合式曝气池改为推流式曝气池, 连续进水改为间歇进水。

在曝气池首端加填料,使丝状菌固着于填料上,得到充分生长,但不进入活性污泥絮体中。