一、什么是“活性污泥”?

活性污泥法自 1914 年由 E.Arden 和 W.T.Lokett在英國曼徹斯特開創以來, 廣泛被應用于生活污水和工業廢水的處理。所謂活性污泥, 就是由細菌、原生動物等微生物與懸浮物質、膠體物質混雜在一起而形成的具有很強吸附分解有機物能力的絮狀體顆粒, 這種絮狀結構具有良好的沉降性能, 使處理水與污泥分開, 終達到廢水凈化的目的。活性污泥法中的關鍵是活性污泥, 其沉降性能的好壞直接影響到出水水質,

二、什么是“污泥膨脹”?

發生污泥膨脹是活性污泥處理系統在運行過程中出現的異常情況之一,其表觀現象是活性污泥絮凝體的結構與正常絮凝體相比要松散一些, 體積膨脹,含水率上升,不利于污泥底物對污水中營養物質的吸收降解, 微生物大量消失, 并且影響后續構筑物的沉淀效果。

三、污泥膨脹的測定指標

評價污泥沉降性能常用指標有下列幾種: ①污泥沉降比 : 取活性污泥反應器中的混合液靜置30min后所形成的沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分比。正常的活性污泥沉靜 30min 后, 一般可接近其大密度, 反映沉淀池中活性污泥的濃縮情況,即 SV30。②污泥容積指數: 曝氣池出口處的混合液, 在經過了 30min 靜沉后, 每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容積。可表示活性污泥中菌膠團結合水率的高低。③污泥成層沉降速度: 混合液靜置一段時間后, 形成清晰的泥水分界線, 此后進入成層沉淀階段, 分界線將以勻速下降。 ④絲狀菌長度: 活性污泥單位體積內絲狀菌的長度, 該量用來表示絲狀菌含量。

四、污泥膨脹的誘因

目前, 對污泥膨脹的研究可以分為兩個方面, 一方面從工藝運行的角度來研究。 比如: 調整污水的pH 值、溶解氧、泥齡等; 另一方面是對引起污泥膨脹的微生物進行研究。這兩個方面是相互影響、相互、相互制約的。從目前已有的研究成果來看, 活性污泥膨脹的發生與以下幾種因素有關。

1.進水水質(1) 進水中氮和磷營養物質缺乏: 當進水中氮和磷含量不足時,會使低營養型微生物如: 貝氏硫細菌、浮游分枝球衣菌等絲狀菌過量繁殖, 出現絲狀菌污泥膨脹。比較近的研究表明,當磷充足而氮缺乏時,由于營養比例失調,會出現非絲狀菌污泥膨脹。因此, 要嚴格控制常規性污泥法BOD∶N∶P=100∶5∶1, 如果發生污泥膨脹, 應加入氨水、尿素、硫胺等。

(2) 進水中碳水化合物含量高, 含有大量可溶性有機物: 在導致絲狀菌污泥膨脹的微生物中, 具有代表性的是球衣菌屬, 它能將葡萄糖、乳糖等糖類物質直接作為能源利用, 同時分泌出高粘性物質, 覆蓋在膠團菌表面, 大大提高污泥的水結合率,導致非絲狀菌污泥膨脹。此外, 活性污泥中的絲狀菌與其他細菌相比,對高分子物質的水解能力弱,也難吸收不溶性物質。所以, 當進水中含可溶性有機物較多時, 絲狀菌就易利用自身繁殖, 導致絲狀菌膨脹。

(3) 進水中硫化物含量高, 腐敗或早期消化的污水: 正常的活性污泥中硫代謝絲狀菌含量不多, 若污水儲存或在排水管道、初沉池中停留時間過長, 底物中硫化物含量偏高, 容易引起硫化菌、貝氏硫化菌等硫代謝絲狀菌的過量繁殖, 引起污泥的膨脹。

(4) 進水波動:進水波動是指進入活性污泥反應器的原水在流量以及有機物濃度、種類方面的改變,曝氣池中有機物濃度突然增加。由于微生物的呼吸迅速, 溶解氧量降低, 絲狀菌和絮凝性菌膠團爭奪溶解氧, 絲狀菌優勢生長而引起膨脹。

2.pH 值污水中的有機物由厭氧兼氧水解酸化而降解為低分子化合物, 如揮發性的有機酸、氨基酸、單糖、醇類等, 同時導致 pH 值降低, 這種環境有利于某些絲狀菌的繁殖。有報道說在pH≤5 的情況下, 易引起真菌絲狀菌的膨脹。

3.溫度溫度是影響微生物生長與生存的重要因素之一, 每種微生物都有各自的適宜生長溫度。在某溫度范圍內, 若浮游球衣菌、發硫菌屬等占優, 可能引起污泥膨脹。 有人通過觀察引起絲狀菌膨脹的主要原因, 細菌在 5℃、12℃和20℃下的生長情況, 認為低溫有利于絲狀菌的生長。也有研究表明, 在其他條件等同的情況下, 10℃時產生嚴重的污泥膨脹, 如將反應器溫度提高到 22℃時, 不再產生污泥膨脹。這也是大多數活性污泥在冬季會產生污泥膨脹的原因之一。

4.溶解氧溶解氧作為構成活性污泥混合液三要素 ( 氣、水、泥) 之一,是許多生物降解反應的必要條件,保持一定的溶解氧( DO) 含量, 是控制反應器的很重要因素之一。在DO較低的情況下 ,某些絲狀菌( 如Sphaerotilusnatans, 1701 型) 因其飽和常數 Ko 較小, 對低濃度DO 有很大的親合力而增殖迅速。 但是,DO 在 “ 膨脹”與 “ 非膨脹”之間的臨界值并不是固定的, 這是因為這個值還依賴于反應器中活性污泥負荷 Bx 的實際值。

5.BOD-污泥負荷BOD-污泥負荷是設計活性污泥反應池和控制其運行的重要指標。不少學者研究發現, 污泥負荷在0.25～ 0.45kg BOD/kgMLSS.d 范圍時沉降性能好, 超出這個范圍會導致 SVI 值升高。

此外, 泥齡過長, 有機物濃度梯度小也會引起污泥膨脹。

6.進水中含有毒物質

不利于絮體形成的有毒有害物質如: H2S、 酚、醛、酮等會使SVI 升高。據報道城市污水中, H2S 濃度超過1～ 2mg/L, 就可能發生污泥膨脹, 控制這一類型的膨脹可以采用預曝氣, 或采用重金屬鹽類形成沉淀去除 H2S 等。

此外, 排泥不暢通也是引起非絲狀菌污泥膨脹的一個誘因。

五、污泥膨脹的控制措施

1.臨時控制措施臨時控制措施有活性污泥加重助沉法和滅菌法。

( 1) 活性污泥加重助沉法是指向發生膨脹的污泥中加入有機或無機混凝劑, 如: 聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等有機高分子絮凝劑, 增加活性污泥的比重,使之在沉淀池內易于分離。助凝劑投加量不可太多, 否則易破壞細菌的生物活性, 降低處理效果。助沉法一般用于控制非絲狀菌污泥膨脹。

( 2) 滅菌法指向發生絲狀菌膨脹的污泥中投加化學藥劑, 殺滅抑制絲狀菌 。 常用的滅菌劑有NaClO、ClO2、Cl2、H2O2 和漂白劑等。但是, 氯等滅菌劑對微生物是無選擇性的殺傷劑, 既能殺死絲狀菌, 也能殺傷菌膠團細菌。 H2O2 可破壞伸出絮體很大的絲狀菌, 但不能破壞存在于絮體之內絲狀菌屬。

臨時控制方法由于運行控制不好掌握, 且無法解決污泥膨脹問題, 還會帶來出水水質惡化的不良后果, 故不建議使用。

2.工藝運行調節控制措施工藝運行調節控制措施用于運行控制不當產生的污泥膨脹。例如, 對已消化污水產生的污泥膨脹,可對其進行曝氣, 或沉淀池中污泥應及時刮除; 對N、P 等營養物質缺乏引起的污泥膨脹, 可及時補充投加尿素、銨鹽等或使其與生活污水混合進行處理, 使 N、P 控制在 BOD5∶ N∶ P=100 ∶ 5 ∶ 1 左右。控制該情況下產生的污泥膨脹時, 適當的增加污泥負荷, 可加快污泥的恢復速度; 由于 DO 低導致的污泥膨脹, 可以增開鼓風機, 用提高供氧來解決;由于 pH 低導致的污泥膨脹可以調節進水水質; 由于低負荷導致的污泥膨脹, 可以在不降低處理功能的前提下, 適當提高負荷。

3.環境調控控制法環境調控控制法出發點是通過曝氣池中生態環境的改變, 造成有利于菌膠團細菌生長的環境條件,應用生物競爭的機制抑制絲狀菌的過度生長和繁殖, 將絲狀菌控制在合理的范圍內, 從而控制污泥膨脹的發生。

環境調控控制法還包括改變反應器的形式, 將完全混合式曝氣池改為推流式曝氣池, 連續進水改為間歇進水。

在曝氣池首端加填料, 使絲狀菌固著于填料上,得到充分生長, 但不進入活性污泥絮體中。