大型污水處理廠污泥膨脹原因分析及其控制方法

　　摘要 通過(guò)對(duì)北京市大型城市污水處理廠優(yōu)勢(shì)絲狀菌鑒定及溫度、生物選擇器和溶解氧對(duì)污泥膨脹影響的研究分析,發(fā)現(xiàn)脫氮除磷工藝普遍會(huì)在冬季發(fā)生由Microthrixparvicella菌引起的污泥膨脹。研究了溫度與SVI的變化規(guī)律,分析了出水亞硝酸氮和SVI的相關(guān)性,并對(duì)生物選擇器和不同DO濃度對(duì)污泥膨脹的影響進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞 污水處理廠 污泥膨脹 生物脫氮 溫度 溶解氧 生物選擇器 亞硝酸氮

　　隨著大量的城市污水處理廠升級(jí)改造成具有脫氮除磷功能的工藝,污泥膨脹成為困擾工藝運(yùn)行的主要問(wèn)題之一,嚴(yán)重的污泥膨脹不僅會(huì)影響出水水質(zhì),還影響污泥處理的效率,給污水處理廠的正常運(yùn)行帶來(lái)很大困難。本文通過(guò)對(duì)北京4座城市污水處理廠的優(yōu)勢(shì)菌種鑒定、溫度、工藝形式、DO及出水亞硝酸氮與SVI的相關(guān)性進(jìn)行分析,研究了城市污水處理廠脫氮除磷工藝污泥膨脹的規(guī)律和原因。 污水處理廠工藝簡(jiǎn)介對(duì)酒仙橋、方莊、小紅門、吳家村4座城市污水處理廠進(jìn)行研究。酒仙橋污水處理廠的處理規(guī)模為20萬(wàn)m3/d,采用單溝式氧化溝工藝,氧化溝由選擇器、厭氧池和單溝式氧化溝組成;方莊污水處理廠的處理規(guī)模為4萬(wàn)m3/d,采用A2/O工藝,好氧區(qū)內(nèi)設(shè)置固定式填料;小紅門污水處理廠的處理規(guī)模為60萬(wàn)m3/d,采用A2/O工藝;吳家村污水處理廠的處理規(guī)模為8萬(wàn)m3/d,采用好氧選擇器+SBR工藝,SBR工藝為完全的好氧處理。

　　酒仙橋、方莊、小紅門這3座污水處理廠在近幾年冬季都會(huì)出現(xiàn)不同程度的污泥膨脹現(xiàn)象,而吳家村污水處理廠的選擇器+SBR工藝的污泥沉降性能一直較好,沒有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。2 優(yōu)勢(shì)絲狀菌種屬鑒定此次研究對(duì)小紅門、酒仙橋、方莊這3座出現(xiàn)污泥膨脹的污水處理廠進(jìn)行了優(yōu)勢(shì)絲狀菌種屬鑒定,鑒定方法包括革蘭氏染色和納氏染色,染色結(jié)果如圖1～圖4所示。圖1～圖3均為好氧池所取的污泥樣,圖4為缺氧池面生物泡沫。

　　從對(duì)酒仙橋污水處理廠、方莊污水處理廠活性污泥的革蘭氏和納氏染色來(lái)看(見圖1、圖2),可鑒定優(yōu)勢(shì)絲狀菌主要為Microthrixparvicella(革蘭氏陽(yáng)性、納氏陽(yáng)性),此外還有部分絲狀菌呈革蘭氏陰性、納氏陽(yáng)性,有可能是Type0092型。

　　圖3的染色結(jié)果表明,小紅門污水處理廠的優(yōu)勢(shì)絲狀菌鑒定為Type1701型;而對(duì)缺氧池生物泡沫的染色顯示(見圖4),生物泡沫中優(yōu)勢(shì)絲狀菌鑒定為Microthrixparvicella。這表明,在小紅門污水處理廠中Type1701為主要絲狀菌,Microthrixparvicella為次要的優(yōu)勢(shì)絲狀菌。

　　3 分析與討論3.1 溫度對(duì)污泥沉降性能的影響

　　圖5～圖8是酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠2008年污泥指數(shù)(SVI)與溫度的關(guān)系。

　　通常,曝氣池的溫度介于8～25℃,在這一溫度范圍內(nèi)絲狀菌的生長(zhǎng)速率隨著溫度的升高而提高,但Microthrixparvicella的情況例外,Microthrixparvicella在長(zhǎng)泥齡、低溫(10～15℃)的活性污泥系統(tǒng)中會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位[1,2]。從圖5～圖7可以看出,酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠SVI與溫度呈明顯的負(fù)相關(guān),溫度高則SVI低,溫度低則SVI高。這表明Microthrixparvicella是低溫季節(jié)普遍存在于脫氮除磷工藝中的絲狀菌,從對(duì)微生物的染色分析也證明了這一點(diǎn)。此外,從上述3座污水處理廠SVI隨時(shí)間的變化情況來(lái)看,Microthrixparvicella的增殖速率較慢,通常需要2～3個(gè)泥齡才會(huì)發(fā)生顯著的污泥膨脹。

　　吳家村污水處理廠的SVI與溫度之間沒有明顯的相關(guān)性,這說(shuō)明采用選擇器+完全好氧SBR的生物處理工藝SVI基本不受溫度的影響。

　　3.2 工藝形式對(duì)污泥沉降性的影響

　　表1為2008年上述4座污水處理廠的工藝類型對(duì)污泥指數(shù)(SVI)的影響情況,除吳家村污水處理廠外,其他3座具有脫氮除磷工藝的污水處理廠在溫度較低的季節(jié)普遍會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象,由此可見,有著厭氧、缺氧功能的生物脫氮除磷工藝普遍會(huì)發(fā)生Microthrixparvicella引起的污泥膨脹。

　　從表1也可以看出,選擇器并不是控制污泥膨脹的萬(wàn)能手段,雖然在酒仙橋和吳家村污水處理廠都有生物選擇器,但是其實(shí)際效果完全不同。事實(shí)上,吳家村污水處理廠采用的選擇器+SBR工藝的初始底物濃度較高,Chudoba認(rèn)為在較高底物濃度情況下,絲狀菌的生長(zhǎng)速率要低于菌膠團(tuán)菌的生長(zhǎng)速率,因而可以對(duì)污泥膨脹起到有效的控制作用

　　厭氧選擇器是利用絲狀菌不能儲(chǔ)存聚磷酸鹽的機(jī)理,給予聚磷菌基質(zhì)吸收和生長(zhǎng)方面的優(yōu)勢(shì)條件,從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看,酒仙橋污水處理廠的厭氧選擇器無(wú)法控制Microthrixparvicella產(chǎn)生的污泥膨脹。

　　3.3 DO對(duì)污泥沉降性能的影響

　　眾所周知,DO對(duì)污泥的沉降性能有明顯的影響,曝氣不足或不均都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污泥膨脹,方莊、酒仙橋污水處理廠的DO都在2mg/L以上(見表2),可見DO不是造成污泥膨脹的主要原因。而小紅門污水處理廠的DO較低,SVI較高,除了低溫是導(dǎo)致Microthrixparvicella成為優(yōu)勢(shì)絲狀菌種的原因外,較低的DO也可能是Microthriparvicella成為優(yōu)勢(shì)菌種的原因之一。

　　表3是小紅門污水處理廠曝氣效果對(duì)SVI的影響,從對(duì)四個(gè)系列曝氣效果良好和曝氣效果同期變差后的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)(C系列持續(xù)進(jìn)行化學(xué)除磷,污泥沉降性能相對(duì)較好),曝氣不足是造成污泥膨脹的重要因素。同時(shí),曝氣效果變差后在曝氣池內(nèi)出現(xiàn)曝氣不均勻之處,鑒定出的優(yōu)勢(shì)絲狀菌種屬Type1701正是在DO嚴(yán)重不足情況下容易出現(xiàn)的一種絲狀菌,此類絲狀菌在很寬的污泥負(fù)荷都可以生存,特別容易在曝氣分布不均的情況下出現(xiàn)。

　　3.4 出水亞硝酸鹽氮對(duì)污泥膨脹的影響

　　Casey[3,4]提出了低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝中的

　　污泥膨脹假說(shuō),該假說(shuō)認(rèn)為菌膠團(tuán)菌可以通過(guò)反硝化中間產(chǎn)物NO-2—N、NO、N2O將硝酸氮還原為氮?dú)?。如果由于缺氧區(qū)的反硝化不充分而導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮,那么中間產(chǎn)物NO和N2O(特別是NO)就會(huì)抑制菌膠團(tuán)菌的好氧細(xì)胞色素,進(jìn)而抑制

　　其好氧情況下的基質(zhì)利用;相反,絲狀菌特別是

　　Microthrixparvicella及其他一些在低負(fù)荷情況下

　　產(chǎn)生的絲狀菌,只能夠?qū)⑾跛岬€原為亞硝酸氮,因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O,這樣絲狀菌就不會(huì)在好氧情況被抑制,因而更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),進(jìn)而成為優(yōu)勢(shì)菌種。