污泥微膨脹技術在印染廢水處理中的應用
摘要：常州某印染小區廢水處理廠，污泥指數（SVI）常年在150mL/g以上，經分析，污泥負荷低、原水中硫化物質量濃度高及水溫適宜絲狀菌生長是處理廠污泥易發生膨脹的主要原因。在此通過將SVI控制在160～260mL/g之間的有效方法，不但不會引起污泥流失，反而出水清澈，懸浮物極少，稱之為“污泥絲狀菌微膨脹”。
關鍵詞：印染廢水,污泥微膨脹,控制,應用
0引言
常州某印染小區廢水采用集中處理的方式運行，廢水來自23家印染企業的生產廢水和一個住宅小區的生活污水，廢水經調節池混合后，CODCr 質量濃度在800～1000mg/L間，BOD5 質量濃度為200 ～300mg/L。污水處理廠采用的工藝為：調節水解池＋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，正式運行以來，污泥指數（SVI）常年在150mL/g以上，運行初期，常因污泥過度膨脹影響出水水質，在長期的防止污泥膨脹的實踐中發現：將SVI控制在160～260mL/g之間，不但不會引起污泥流失，反而出水清澈，懸浮物極少，在此稱之為“污泥絲狀菌微膨脹”。
1污泥膨脹產生原因分析
正常的活性污泥結構較稠密，沉降性能好，當絲狀菌生長繁殖過多時，菌膠團的生長繁殖受到抑制，眾多的絲狀菌伸出菌膠團表面以外，使污泥體積膨脹，發生絲狀菌污泥膨脹[1]。根據絲狀微生物對環境條件和基質種類要求的不同，可將絲狀菌污泥膨脹劃分為5種類型:低基質濃度型、低DO濃度型、營養缺乏型和高硫化物型和pH平衡型。這5種類型的污泥膨脹占目前所存在的污泥膨脹問題的絕大部分。針對這些污泥膨脹問題，較多的研究者提出了一系列的假說。如：表面積/容積比(A/V)假說、積累/再生(AC/SC)假說、饑餓假說等，其中最被廣泛接受的假說是表面積/容積比(A/V)假說[2]。絲狀菌污泥膨脹的成因為系統綜合環境，它有利于絲狀菌的生長，但不利于菌膠團的生長，會導致絲狀菌成為優勢菌種而大量繁殖。下面從污泥絲狀菌膨脹的幾個重要影響因素分析該廠污泥膨脹的原因。
1.1污泥負荷
由于印染廢水可生化性差[ρ（BOD5）：ρ（COD）≈ 0.3]，設計時采用低負荷的延時曝氣法，單位MLSS 的BOD5 污泥負荷為0.12kg/(kg·d)，每周測定1次 BOD5 值，半年測定27次，實際運行的負荷如圖1。
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由圖1可知，實際運行的單位MLS的SBOD5污泥負荷在0.05～0.08kg/(kg·d)之間。根據A/V假說，伸展于活性污泥絮體之外的絲狀菌的比表面積要大大超過菌膠團微生物的比表面積。當微生物處于基質限制和控制的狀態時，比表面積大的絲狀菌在取得底物能力方面強于菌膠團微生物，結果在曝氣池內絲狀菌的生長占優勢，而菌膠團微生物的生長則將受到限制。由于廢水處理廠污泥負荷極低，絮凝體中的菌膠團細菌得不到足夠的營養，而交織于絮凝體中的球衣菌卻形成長的絲狀體伸出絮體，以增加表面積，充分吸收環境中的低濃度的營養物質[3]。因此過低的污泥負荷是污水處理廠污泥膨脹的主要原因之一。
1.2硫化物
廢水處理廠進水pH值在9～12，用廢硫酸調節 pH值至8.5左右，大量的硫酸根經厭氧水解處理后，轉化為硫化氫（H2S）。另原印染廢水中也含有較高的S2-，經混凝沉淀去除部分S2-，好氧池進水的S2- 質量濃度在10～30mg/L。研究資料表明，從H2S對不同微生物的毒性及絲狀菌和菌膠團細菌生長條件的差異來看，S2-主要在2個方面對污泥膨脹產生影響:①H2S對菌膠團細菌的抑制毒害作用大于對絲狀菌的。S2-的抑制作用主要取決于水中游離H2S的濃度，因為細胞一般帶負電，只有電中性的H2S才能接近并穿透細菌的細胞壁進入細菌體內發生毒害作用。而絲狀菌一般對毒性物質具有更高的承受能力，因而H2S的大量存在會造成絲狀菌在與菌膠團細菌的生長競爭中占據優勢；②還原態S2-的存在為絲狀菌的繁殖提供能源。嗜硫菌基本都是絲狀菌，在硫底質豐富時，此類絲狀菌大量繁殖，易引起污泥膨脹[4]。所以S2-質量濃度較高為廢水處理廠污泥膨脹的原因之一。
1.3溶解氧
活性污泥在溶解氧（DO）低的條件下大部分好氧菌幾乎不能繼續生長繁殖，而具有較長菌絲，比表面積大的絲狀菌更易奪得DO進行生長繁殖，所以 DO質量濃度太低容易發生污泥膨脹。廢水處理廠好氧生化系統采用的延長曝氣法，處于低負荷運行狀態，DO控制相對比較容易，其質量濃度一直保持在 2.5mg/L以上。因此可以認為DO不是引起污泥膨脹的主要原因。為了抑制絲狀菌生長，曾提高DO，曝氣池出水口DO質量濃度在3.0mg/L以上，連續運行一段時間發現：系統中，充足的DO不能抑制絲狀菌的生長。
1.4水溫
溫度是影響微生物生長與生存的重要因素之一，不同的絲狀菌具有各自適宜生長的溫度范圍。如：球衣菌的適宜生長溫度在30℃左右，絲硫菌、貝氏硫菌的適宜穩定在30～36℃之間。
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圖2為2007年下半年水溫變化曲線。每天測定 1次，半年連續測定183次，結果表明：水溫非常適宜絲狀菌生長。當水溫超過39℃時，SVI值呈下降的趨勢，水溫下降后SVI值逐漸上升到150mL/g以上。說明絲狀菌的生長繁殖受溫度的影響大于菌膠團[5]。
1.5pH值
據國內外研究報道，在活性污泥法運行中，菌膠團生長適宜的pH值范圍是6.5～8.0，而絲狀菌確是在4.5～6.5之間能夠較好的生長。所以pH值低于6時易引起絲狀菌的大量繁殖，而菌膠團的生長受到抑制[6]。處理廠運行以來pH值一直保持在7.2 ～8.0之間，因此pH值不是引起廢水處理廠污泥膨脹的原因。
1.6氮和磷
很多方面的研究表明，許多絲狀菌對營養物質 N，P有著較強的親和力，這可能就是缺乏營養物質導致污泥膨脹的原因。通常認為，N與P的合適比例為ρ（BOD5）∶ρ（N）∶ρ（P）=100∶5∶1。當污水中N，P不足時，易引起污泥膨脹發生。廢水處理廠ρ（BOD5）∶ ρ（N）∶ρ（P）約為100∶4.5∶1.2，營養比基本合適，其中的氮元素稍有不足，即在好氧系統進水口滴加尿素溶解液，將ρ（BOD5）∶ρ（N）調整至100∶5，連續運行超過100d，未發現SVI有明顯變化，可以認為N,P元素不是引起廢水處理廠污泥膨脹的主要因素。
綜上分析，長期低污泥負荷運行，廢水中S2-質量濃度高和水溫適宜絲狀菌生長是處理廠污泥易發生膨脹的主要原因。而DO和N缺乏不是其造成污泥膨脹的主要原因。
2防止污泥過度膨脹的控制方法
通過以上的分析，污泥負荷低、原水中S2-質量濃度高和適宜絲狀菌生長的水溫是引起污泥膨脹的原因，其中由于水量大，水溫難以控制，針對另外2 點引起污泥膨脹的成因，現場采取的措施依次為：
2.1增大剩余污泥的排放量
當SVI有升高趨勢時，增大剩余污泥的排放量，縮短污泥泥齡（SRT），從而加快了污泥更新。由于剩余污泥的排放量，使好氧池內MLSS降低，從而增大污泥負荷，向有利于菌膠團生長的方向發展[7]，SVI 值會明顯降低，進而污泥膨脹則會得到一定程度的抑制。通過鏡檢觀察，工藝調整后絲狀菌的數量在活性污泥中已不占主要地位。
2.2投加次氯酸鈉
在實踐運行中，上述辦法一般情況下均能控制住污泥的過度膨脹。當上述辦法控制不住絲狀菌過度膨脹時，可在好氧池內投加有效氯質量分數為 10%的次氯酸鈉（NaCLO），投加比例根據實驗小試確定，張玉梅等[8]在唐山某污水處理廠以投加量0.5～ 1.0mg/L有效的控制了絲狀菌的膨脹。參照此法每次均取得很好的效果，投加NaCLO后，絲狀菌得到了一定的控制，其SV30 在投加后持續下降，并且在投加后的一段時間內相對穩定在較低范圍內，出水 CODCr 質量濃度有升高的趨勢，但未超出排放標準。
2.3在好氧池出水處投加絮凝劑
上述2種控制方法有時見效較慢，為了二沉出水不漂泥，從而影響出水水質，可在好氧池出水處投加混凝劑的改善污泥沉降性能，可選用的混凝劑有聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）、三氯化鐵（FeCl3）和聚丙烯酰胺（PAM）等，通過混凝沉淀作用來提高污泥的沉降性能。1992年，CBUDOBA[9]在實驗中發現無機絮凝劑的應用，特別是它們的水解產物Fe(OH)3，Al(OH)3 和SiO2 是一種可行的改善活性污泥性質的方法。研究采用在好氧池出水處滴加 PAC的方法，有效的控制了污泥過度膨脹問題。
3污泥微膨脹時水質分析
絲狀菌是形成活性污泥絮體的骨架，菌膠團細菌等微生物產生多聚糖附著在上面，形成了凝膠基質架，膠體物質和其他微生物附著在其上。活性污泥中適當數量的絲狀菌對于維持污泥的絮體結構非常重要，且絲狀菌有巨大的比表面積，很強的吸附能力，降解低有機污染物濃度的能力強于菌膠團。控制菌膠團細菌和絲狀菌之間有個合適的比例關系，達到某個共生平衡，有助于使活性污泥處于微膨脹狀態，可有效地網捕出水中細小的懸浮物，使出水清澈,CODCr 質量濃度更低。
2007年下半年SVI和出水CODCr 質量濃度變化趨勢如圖3所示。據2007年下半年和2008年上半年觀察，污泥微膨脹時出水清澈，SS質量濃度小于5mg/L。
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圖中顯示每天測定1次，半年連續試測定183 次。由上圖分析可知：當SIV在160～260mL/g之間時，污泥處于絲狀菌微膨脹狀態，出水水質比污泥非膨脹狀態時好。
4結論
（1）氮元素缺乏不是造成廢水處理廠污泥膨脹的主要原因,在其他條件不變的情況下,只投加氮源并不能使膨脹污泥的性能得到恢復,而調整污泥負荷則可使絲狀菌污泥膨脹得到有效控制。原水中S2- 質量濃度高和水溫適宜絲狀菌生長，是其污泥膨脹的影響因素。
（2）在好氧系統進水水質水量波動不大的情況下，控制MLSS從而調整污泥負荷，是防止污泥絲狀菌過度膨脹的重要手段；
（3）水溫高于39℃后，SVI急劇下降，說明溫度高于39℃不利于絲狀菌的生長繁殖；
（4）絲狀菌污泥膨脹控制得當，使污泥長期處于微膨脹狀態下，出水清澈，懸浮物少，CODCr 質量濃度低于非污泥膨脹時值。
參考文獻
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[8]張玉梅，趙小雙.污水處理廠污泥膨脹控制研究[J].上海化工，2007，32（5）：4-7.
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