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印染生活污水集中处理厂污泥膨胀控制应用探讨
前言
某市污水处理厂是一家印染生活污水集中处理厂，其中印染废水占总水量的85%以上，生活污水占总水量的10%以内，其余排污企业是5%。进厂水质主要指标：COD为1400～1700mg/L、BOD5为450～650mg/L、SS为350～450 mg/L、pH为11~12、NH3-N为10~25 mg/L、TP为4~7 mg/L。 ![DHRW[]FH926C~KY7B_Z]S`M_副本](/Images/wp-contentuploads201702DHRWFH926CKY7B_ZSM_副本.png)
在该污水处理工程于2003年底建成投产，设计处理能力为30万m3/d，采用延时曝气法和物化补充处理法相结合的工艺方式，其工艺流程见图1，设计选菌池、生物氧化池和沉淀池的HRT分别是0.9h?、58h和10h，全部采用普通的氧化沟池型结构，选菌池主要作用是发挥生物选择器功能（回流污泥与待处理废水在选菌池内混合，然后进入生物氧化池），物化补充处理的作用是确保出水达标排放，工艺运行稳定可靠，不易发生污泥膨胀现象。 
2005年通过技术改造后，强化预处理功能单元（调节池内部增设微涡流反应池和沉淀池）使得处理能力提升到40万m3/d和生化出水直接达标排放，但是污泥膨胀现象的发生率比技改前频繁。该污水处理厂的进厂污水B/C一般在0.30~0.40之间，通过强化预处理后污水的B/C提升到0.35～０.55之间，生化处理后B/C降低到0.03~0.05之间。 1.污泥膨胀现象产生
1.1污泥膨胀现象情况 SVI日变化情况见图2（图中天数从1月1日开始记，下同）和图3。2006年1组污泥负荷控制不同于2、3组，因此其SVI也不同于2、3组，对此分别分析。
运行天数在70天以内时，出现的SVI最低值段是春节运行枯水期特点决定的；运行150多天后SVI呈现下降，其值一般小于100mL/g，是由于进入夏季高温运行的特点决定的。
SVI超过200mL/g可以认为污泥膨胀的产生，截止到06年11月份，发生的污泥膨胀现象见表1。 
镜检分析表明，以上产生的污泥膨胀现象均由于丝状菌所引起；06年4~5月发生于2组和3组的污泥膨胀其丝状菌丰度达到了E级，属于中度污泥膨胀情况；其它的情况属于轻微的污泥膨胀现象，丝状菌丰度为D级。从图2和图3可知，污泥膨胀发生时，SVI日递增幅度比较小，其原因一是跟生物选择器的作用有关，在一定程度上抑制了丝状菌的生长，二是沉淀池的水力停留时间足够长使得污泥不流失，这两方面的原因共同作用才使得污泥膨胀程度变化缓慢。 1.2污泥膨胀现象对生化出水影响 在以2006年情况为例来说明污泥膨胀对生化出水的影响，虽然1组和2、3组的工况条件不同，但其每组生化出水指标如SS、COD与二期总生化出水变化一致，以总生化出水表示，见图4。
分析图可知：
（1）生化出水SS变化平稳，并没有出现由于污泥膨胀而出水带泥现象。按照40万m3/d的处理量分析，二期沉淀池的HRT是7.5h，因此能保证泥水分离效果。
（2）比较COD变化情况， 2006年有3个低值段。运行30天左右处出现的低COD段是由于春节枯水期生活污水比较多的缘故，运行120~160天处是由于污泥膨胀的缘故，运行355天以后出现的低COD段同样是由于膨胀的缘故，可见污泥膨胀有利于污水的生化处理。
2.污泥膨胀产生原因分析
丝状菌污泥膨胀的产生主要是由于丝状菌的过度生长造成的，此时菌胶团细菌的生长受到一定程度的抑制，丝状菌处于优势。丝状菌过度生长的原因是复杂的，虽然本工程设计有生物选择器，能在一定程度上抑制丝状菌的生长，但是其产生是多种因素交叉作用的结果，根据有关文献[1～7]，丝状菌污泥膨胀的主要原因是进水水质和运行工况因素（包括DO、pH、水温、MLSS及F/M等），现逐一分析如下： 2.1进水水质特点 在废水生物处理工艺中，废水的污染物成分与微生物的生理活性之间有着密切的关系。废水的水质组成是导致丝状菌污泥膨胀的重要原因，一是水质本身的特点，如碳水化合物含量比较高的废水易发生污泥膨胀，二是营养物质的缺乏也会导致污泥膨胀的发生。
2.1.1易生物降解和溶解的有机成分变化通常认为那些含有易生物降解和溶解的有机成分,特别是低分子量的烃类、糖类和有机酸类等类型基质的污水容易引起污泥膨胀。2005年是技术改造年，强化预处理功能单元作用的发挥和处理水量的逐步提升，使得进入生物氧化池的水质发生一定程度的变化，易生物降解和溶解的有机成分比例发生变化。强化预处理前后COD去除量达300mg/L以上，占进厂总COD的24%；而BOD5的去除量较少，下降20mg/L，说明预处理单元去除的主要物质是难生化处理的物质，可以认为易生化处理物质含量比例的升高是导致污泥膨胀产生的原因之一。 2.1.2营养物质废水中N、P含量较低可能对正常絮体菌的生长产生不利的影响，但会为丝状菌的增殖提供条件，这在工业废水处理中比较明显。 统计分析表明2003～2006年该综合废水BOD5：N：P基本在100：3：0.7左右波动，技术改造前后进入生物氧化池内的污水BOD5：N：P比值变化并不大，同时考虑到技术改造前未发生污泥膨胀现象，因此认为营养物质缺乏是导致污泥膨胀的诱因，但不是主要原因。
2.2运行工况因素 除了水质特点外，生化系统的运行工况对污泥膨胀的发生具有重要的直接作用，这些工况条件主要包括溶解氧（DO），pH，水温，污泥浓度及污泥负荷，工艺运行的变化和这些工况因素错综复杂交织在一起，有可能引起污泥膨胀的发生。
（1）溶解氧（DO）
生化系统采用工艺是氧化沟，处于低负荷运行状态，溶解氧控制相对比较容易，溶解氧控制一直保持在2.5mg/L以上。2006年控制情况见图5，图中DO较高段是由于春节枯水期运行特点决定的，其它时段DO控制在2.5～4mg/L之间，不会引起微好氧型丝状菌的过度生长，因此可以认为溶解氧不是引起污泥膨胀的主要原因。
（2）pH在活性污泥法运行中，为了使活性污泥正常发育、生长、生物氧化池的pH应保持在6.5～8.0范围内。文献[8]表明，混合液的pH值低于6.0，有利于丝状菌的生长，而菌胶团的生长受到抑制。 该污水处理工程自投运以来，生物氧化池内pH在7.2～8.0之间波动，2005年的情况见图6，因此pH不是污泥膨胀发生的原因。
（3）水温现有研究表明，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，如丝硫菌、贝氏硫菌的生长温度在30～36℃之间[9]。 2006年水温变化情况见图7，夏季高温往往导致生物氧化池水温高于39℃，图中最低水温段是由于春节枯水期运行特点决定的。
比较图7和图3，当水温高于39℃后SVI指数开始快速下降到50~100mL/g；10月底以后水温开始下降并低于39℃后，SVI指数逐步攀升到150 mL/g以上，甚至300mL/g；分析2004年和2005年的情况具有相同规律，因此水温高于39℃后，水温才是决定SVI指数的主要因素。
（4）有机负荷及污泥浓度有机负荷和污泥浓度是息息相关的，在处理水量和污水浓度一定的情况下，只要控制污泥浓度就能控制污泥负荷。研究发现[10]，在一定的负荷范围以内，活性污泥浓度具有最佳的污泥沉淀性能。 氧化沟工艺一般是低有机负荷，对它控制影响丝状菌和菌胶团对基物的竟争。2004～2006年污泥有机负荷日变化见图8和图9。由于春节枯水期运行特点，因此图中前60天以内负荷较低；而2005年是技术改造调试年，处理水量和水质的波动导致负荷变化波动较大。
图8~9与SVI的变化图2~3比较可知，在水温低于39℃微生物生长较合适的条件下，污泥负荷与SVI之间有密切的对应关系。污泥负荷控制在0.15kgCOD/(kgMLSS.d)以内时，SVI指数一般150mL/g以内；污泥负荷控制0.15～0.20 kgCOD/(kgMLSS.d)时，SVI指数一般在200 mL/g左右；当污泥负荷控制在0.20以上，甚至在0.25kgCOD/(kgMLSS.d)以上时，SVI指数一般250 mL/g以上，易发生污泥膨胀。综上分析，各种因素交叉作用导致污泥膨胀的发生。技术改造后水质特性的变化，特别是易生化物质含量比例的升高 、水温及COD负荷是影响污泥膨胀发生的最主要因素。在水温低于39℃条件下，COD负荷大于0.20 kgCOD/(kgMLSS.d)时易导致污泥膨胀的发生，膨胀程度跟负荷有一定对应关系；水温高于39℃条件下，水温对SVI影响最大，不易发生污泥膨胀现象。 3.污泥膨胀控制与应用探讨
该污水处理工程污泥膨胀现象的发生是丝状菌过度生长造成的，水温和有机负荷的控制对SVI指数的影响最大。水温高于39℃，能抑制丝状菌的生长，不易发生污泥膨胀现象；水温低于39℃，COD负荷的控制对SVI指数的影响最大，合理控制COD负荷是控制膨胀的关键，从SVI指数与COD负荷对应关系来看，控制COD负荷不能超过0.25 kgCOD/(kgMLSS.d)，对应的MLSS控制在3.5g/L以上，此时SVI在250mL/g以内，系统处于微膨胀状态。从1.2的分析可知，控制生化系统处于微膨胀状态对生化出水的影响： （1）二沉池的水力停留时间足够长使得活性污泥不流失，?SS在60mL/g以内。
（2）污泥膨胀发生时候，生化出水COD有变小的趋势。
针对该污水处理工程的实际情况，从有利于污水处理和降低运行成本的角度出发，建议生化系统处于“微膨胀状态”，控制原则是不影响二沉池的泥水分离为宜，以充分发挥丝状菌净化污水能力强的特点。污泥膨胀发生时对污水的净化作用机理需要进一步的研究。
4.结论
（1）发生于该综合印染生活污水处理工程的污泥膨胀属于丝状菌污泥膨胀，生物选择器和沉淀池的水力停留时间足够长两方面的作用，产生的污泥膨胀具有发生变化过程缓慢和对生化出水水质不产生负面影响等特点。（2）各种因素交叉作用是导致污泥膨胀发生的原因，其中水质中易生化物质含量比例的升高、水温和CODcr负荷是导致污泥膨胀的最主要原因。 （3）水温低于39℃条件下，污泥负荷与SVI有对应关系，污泥负荷小于0.15kgCOD/(kgMLSS.d)时，SVI指数一般150mL/g以内；污泥负荷0.15～0.20 kgCOD/(kgMLSS.d)时，SVI指数一般在200 mL/g左右；污泥负荷0.20 kgCOD/(kgMLSS.d)以上，甚至在0.25kgCOD/(kgMLSS.d)以上时，SVI指数一般250 mL/g以上，易发生污泥膨胀；抑制中度以上膨胀的关键是控制污泥负荷最大不超过0.25kgCOD/(kgMLSS.d)。水温高于39℃后，水温才是影响SVI最主要因素，SVI指数一般在100以内。
（4）污泥膨胀的发生有利于该污水处理工程效能的发挥，体现在生化出水COD有变小的趋势和生化出水不带泥。鉴于该污水处理工程的实际情况，建议控制生化系统处于“微污泥膨胀状态”。
（5）污泥膨胀发生时对污水的净化作用和污泥的减量作用机理需进一步研究分析。
参考文献
[1] 王凯军 许晓鸣.丝状菌污泥膨胀理论分析. 中国给水排水.2001，17（3）：66～69[2] 李军 杨秀山 彭永臻.微生物与水处理工程.北京 化学工业出版社.2002 [3] 张建新 王洪臣.北京市高碑店污水处理厂污泥膨胀的研究和控制对策.给水排水.2003，29（7）：8～12
[4] 吕桂宾.印染废水处理中污泥膨胀的原因及控制方法的研究[硕士论文]. 西南交通大学，2005年4月
[5] 邹笑蓉 李宏敏 梁衷华.污泥膨胀控制实例. 给水排水.2003，29（7）：16～17
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[7] 李家珍.染料、染色工业废水处理.北京 化学工业出版社.1997
[8] Peidi Hu，Peter Fstron.Effet of pH on fungal growth and bulking in laboratory activatedsludge.1991,Research Journal WPCF.63(3)：276～277
[9] S.Knoop and S.Kunst.Influence of Temperature and sludge Loading on Activated Sludge Setting，Especially on Microthrix Parvicella.Wat.Sci.Tech.1998，37(4-5)：27-35
[10] 王凯军.污泥膨胀的机理与控制.中国环境科学出版社，1992
文章来源：浙环修协污水处理委员会虞伟权委员
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