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污泥膨脹原因分析和解決辦法
發(fā)布時(shí)間:2023-11-11 14:44:46 作者: 來(lái)源:
    廢水生物處理是利用有關(guān)微生物的代謝過(guò)程,是對(duì)廢水中有機(jī)物進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化的過(guò)程。微生物在降解有機(jī)物的同時(shí)其本身也得到了增殖。
    污泥膨脹有兩種類型,一是由于活性污泥中大量絲狀菌的繁殖而引起的污泥絲狀菌膨脹,二是由于菌膠團(tuán)細(xì)菌體內(nèi)大量累積高粘性物質(zhì)(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脫氧核糖等形成的多類糖)而引起的非絲狀菌性膨脹。
污泥絲狀菌膨脹可根據(jù)絲狀微生物對(duì)環(huán)境條件和基質(zhì)種類要求的不同而劃分為五類類型:
(1)低基質(zhì)濃度型;
(2)低溶解氧濃度型;
(3)營(yíng)養(yǎng)缺乏型;
(4)高硫化物型;
(5)pH不平衡型。在實(shí)際運(yùn)行中,一般以污泥絲狀菌膨脹為主,占90%以上。


發(fā)生污泥膨脹時(shí),主要有以下特征:
(1)二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g;
(2)回流污泥濃度下降;

(3)二沉池中污泥層增高。

一、污泥膨脹相關(guān)理論
1、A/V假說(shuō):當(dāng)混合液中基質(zhì)收到限制或控制時(shí),由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強(qiáng)于菌膠團(tuán),因而菌膠團(tuán)受到抑制,絲狀菌大量繁殖。
2、動(dòng)力選擇性理論:以微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),根據(jù)不同種類微生物具有不同的******比生長(zhǎng)速率和飽和常數(shù),分析絲狀菌與菌膠團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)情況。
3、饑餓假說(shuō):將活性污泥中微生物分為三類,第一類是菌膠團(tuán)細(xì)菌,第二類是具有高基質(zhì)親和力但生長(zhǎng)緩慢的耐饑餓絲狀菌,第三類是對(duì)溶解氧有高親和力、對(duì)饑餓高度敏感的快速生長(zhǎng)絲狀菌。
4、存儲(chǔ)選擇理論:在底物風(fēng)度的狀態(tài)下,非絲狀菌具有貯存底物的能力,而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時(shí)能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力,底物貯存能力不能完全用來(lái)解釋污泥膨脹機(jī)理。
5、氮氧化氮假說(shuō):CASEY提出低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說(shuō),如果缺氧區(qū)的反硝化不充分,導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮,那中間產(chǎn)物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團(tuán)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,相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮,因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O,絲狀菌就不會(huì)在好氧段被抑制,因而更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣,且以球菌為主,膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi),污泥較為細(xì)碎。


二、影響污泥膨脹的因子
1、溫度
    低溫有利于絲狀菌生長(zhǎng),Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹,而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象。
2、pH
    活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5~8.5,pH小于6時(shí),菌膠團(tuán)活性減弱,生長(zhǎng)受到抑制,但絲狀菌能大量繁殖,取代菌膠團(tuán)成為優(yōu)勢(shì)種群,污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時(shí),真菌完全占優(yōu)勢(shì)。
3、DO
    低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一,若DO成為限制因子,菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受抑制,而絲狀菌因具有巨大的比表面積,更易獲得溶解氧進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。
    具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下,具有比菌膠團(tuán)高的比生長(zhǎng)速率,這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制,任何負(fù)荷下都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右,太高太低都容易引起污泥膨脹。
4、F/M
    低負(fù)荷情況下,由于絲狀菌具有巨大的比表面積,低Ks,其對(duì)碳源有較強(qiáng)的親和力,優(yōu)先利用碳源,造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
    低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進(jìn)水曝氣池中;低負(fù)荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹,高負(fù)荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均,好氧區(qū)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。
    Li等人對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥負(fù)荷參數(shù)的影響研究表明,當(dāng)F/M<0.2kg/kg.d時(shí),容易引發(fā)污泥膨脹;Pan和Su等人將污水通過(guò)好氧選擇器進(jìn)入膜生物反應(yīng)器,將F/M調(diào)整到0.4kg/kgd,有效的控制了污泥膨脹;而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器,加強(qiáng)反硝化除磷作用,有效解決了污泥膨脹。
    高有機(jī)負(fù)荷下,反應(yīng)器內(nèi)底物充裕,在這種情況中菌膠團(tuán)比絲狀菌具有更強(qiáng)的吸附與存貯營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力,能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖,具有較高的比生長(zhǎng)速率,抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)。


但是如果DO濃度不夠,在0.5mg/L以下,菌膠團(tuán)在低溶氧的條件下增殖受到抑制,而絲狀菌由于其具有更大的比表面積,即使在低溶氧的條件下也能獲得氧,其增殖速率明顯高于菌膠團(tuán),發(fā)生高負(fù)荷低DO下的污泥膨脹;低負(fù)荷下由于長(zhǎng)時(shí)間缺少足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受到抑制,而絲狀菌具有較大的比表面積,其菌絲會(huì)從菌膠團(tuán)中伸展出來(lái)以增加其攝取營(yíng)養(yǎng)的表面積。
    由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同,研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機(jī)負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的說(shuō)法也比較混亂。高低有機(jī)負(fù)荷都可能引起污泥膨脹,F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負(fù)荷下都可能發(fā)生污泥膨脹,Palm等人認(rèn)為根據(jù)負(fù)荷不同,在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹,Chudoba等人認(rèn)為即使對(duì)于推流式曝氣池,雖然沿吃長(zhǎng)方向存在著高的濃度梯度,但在高負(fù)荷下也會(huì)發(fā)生污泥膨脹。
5、N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
    通常認(rèn)為污水中BOD5:N=100:5:1為微生物的適宜比例。
    N、P含量不均衡的廢水,會(huì)引發(fā)絲狀菌與非絲狀菌膨脹,絲狀菌膨脹:有研究發(fā)現(xiàn)在缺N的情況下,由于絲狀菌具有巨大的比表面積,低Ks,其對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力,優(yōu)先利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);非絲狀菌污泥膨脹:BOD5/N為100:3時(shí),菌膠團(tuán)未能有充分的N完成代謝,于是把有機(jī)物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進(jìn)水C/N比。
6、微量元素
    完全混合活性污泥法會(huì)助長(zhǎng)絲狀菌的過(guò)量生長(zhǎng),這可用痕量金屬缺乏癥理論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團(tuán)更大的比表面積,其在痕量金屬含量不足時(shí)比后者具有更大的對(duì)痕量金屬的吸附能力,從而抑制了菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)。
7、有毒物質(zhì)
    當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水廠時(shí),活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象,Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn),菌膠團(tuán)吸收污水中的有毒物質(zhì)后,粘性物質(zhì)分泌減少,生理活動(dòng)出現(xiàn)異常,可能引起污泥膨脹。
三、污泥膨脹解決辦法
    1、應(yīng)急措施:
(1)增加絮凝劑,如投加硅藻土、粘土、厭氧污泥、金屬鹽類、混凝劑,如投加鐵鹽(氯化亞鐵5~50 mg/L)、鋁鹽(礬土10~100 mg/L)。
(2)采用消毒氧化劑,如采用回流污泥加氯措施,投加量一般為2~10kg Cl2/1000kg干污泥,既可控制曝氣池污泥膨脹也可對(duì)二級(jí)處理出水消毒,同時(shí)使控制污泥膨脹所需要的加氯量最少。
    銅離子濃度在0.75mg/L時(shí)或食鹽濃度為4g/L時(shí)對(duì)抑制絲狀菌污泥膨脹效果良好。但是此法治標(biāo)不治本。
    2、改變工藝
(1)設(shè)置選擇器,選擇器是曝氣池之前或前段設(shè)定的高有機(jī)負(fù)荷區(qū)(接觸區(qū)),為菌膠團(tuán)細(xì)菌提供高濃度的可吸收的溶解底物,以提高其攝取和貯存能力,使其在與絲狀菌的競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)。
(2)此外改變反應(yīng)器形式,如將完全混合曝氣池改為推流式曝氣池,連續(xù)進(jìn)水改為間歇進(jìn)水。絲狀菌幾乎都不能在完全無(wú)分子氧的環(huán)境中吸收底物,這使得通過(guò)脫氮和除磷過(guò)程而利用    底物的功能菌迅速增殖,所以A/O和A/A/O系統(tǒng)能有效控制絲狀菌污泥膨脹。
在A2/O工藝中,厭氧、缺氧區(qū)不利于絲狀菌增殖,如果在好氧段能旁流一部分進(jìn)水提供碳源,則絲狀菌在整個(gè)系統(tǒng)中都處于不利狀況。
(3)工藝運(yùn)行調(diào)控:由于污水腐化產(chǎn)生的膨脹,可以對(duì)消化污水預(yù)曝氣,沉淀池中污泥應(yīng)及時(shí)刮除;N、P缺乏的污水,可及時(shí)投加尿素、銨鹽、化肥或與生活污水混合,使BOD5:N=100:5:1左右;缺氮時(shí)可從污泥消化池往曝氣池投加高含氮污泥上清液;低溶解氧可以增加供氧,采用表面轉(zhuǎn)刷曝氣的氧化溝,欲提高DO,可通過(guò)提高出水堰的高度,以提高轉(zhuǎn)刷的吃水深度的方法,強(qiáng)化轉(zhuǎn)刷的曝氣能力;
    低負(fù)荷導(dǎo)致的污泥膨脹,可以適當(dāng)提高F/M;高負(fù)荷污泥膨脹,可射流曝氣剪切絲狀菌,射流高的傳質(zhì)效率提供充足的溶解氧。增加水力剪切力:通過(guò)曝氣時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)水力剪切作用使蓬松污泥自聚、密實(shí),同時(shí)使絮團(tuán)表面不穩(wěn)定的絲狀菌脫落。
(4)在完全混合曝氣池中負(fù)荷0.1~0.5 kgBOD5/(kgMLSS·d)都發(fā)生膨脹,而推流式中污泥負(fù)荷大于0.5 kgBOD5/(kgMLSS·d)才發(fā)生膨脹,而間歇式反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)膨脹現(xiàn)象;變化的水力負(fù)荷造成SVI上升,具體分析為高負(fù)荷、低溶解氧刺激了絲狀菌的生長(zhǎng),且絲狀菌生長(zhǎng)的不可逆性,造成污泥膨脹,特別是當(dāng)有機(jī)物濃度劇增時(shí)極易引起污泥膨脹;污泥有機(jī)負(fù)荷為0.5kg/kg·d,并且DO在2mg/L時(shí),可以有效的控制絲狀菌的生長(zhǎng)。
(5)低負(fù)荷引起污泥膨脹的恢復(fù):加大污泥負(fù)荷,利用在高底物濃度的環(huán)境條件下,菌膠團(tuán)的貯存能力與******比生長(zhǎng)速率均比絲狀菌的高這一特點(diǎn),在反應(yīng)器中創(chuàng)造出有利于菌膠團(tuán)生長(zhǎng)繁殖的生態(tài)環(huán)境,使其取代絲狀菌逐漸成為污泥中的優(yōu)勢(shì)菌種,從而使發(fā)生膨脹的污泥逐漸恢復(fù)正常。
(6)增大污泥回流量有利于提高菌膠團(tuán)細(xì)菌攝取有機(jī)物的能力并且增大與絲狀菌的競(jìng)爭(zhēng)力度,抑制絲狀菌的膨脹。絲狀菌的生長(zhǎng)速率小于非絲狀菌,長(zhǎng)SRT有利于絲狀菌的生長(zhǎng),因而增加排泥量,可以有效排除池內(nèi)過(guò)多絲狀菌。并且長(zhǎng)泥齡情況下,發(fā)生污泥老化,老化的污泥活性不夠,競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)絲狀菌,會(huì)使絲狀菌在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。
    3、污泥膨脹自然消除的原因:污泥膨脹導(dǎo)致污泥的大量流失,使MLSS濃度降低,其結(jié)果是在其它條件不變時(shí),有機(jī)負(fù)荷提高,DO上升,OUR減小,這都有利于抑制絲狀菌的增殖。
    四、其他污泥膨脹原因
1、一般認(rèn)為懸浮固體少而溶解性和易降解的有機(jī)物較多,特別是含低分子量的烴類、糖類和有機(jī)酸等容易發(fā)生絲狀菌膨脹,例如啤酒、食品、乳品、造紙廢水;
絲狀菌對(duì)高分子物質(zhì)的水解能力弱,較難吸收不溶性物質(zhì),對(duì)低分子有機(jī)物可直接作為能源加以利用,最有代表性的絲狀菌是球衣菌屬,它能將葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖類物質(zhì)直接利用,當(dāng)廢水中含有可溶性有機(jī)物多時(shí),易誘發(fā)絲狀菌膨脹,而不溶性有機(jī)物作為去除對(duì)象的廢水則不易產(chǎn)生污泥膨脹。
Van等發(fā)現(xiàn)葡萄糖、乙酸鹽這些低分子可溶性有機(jī)物容易引起污泥膨脹,而大分子淀粉不易引起污泥膨脹。
2、腐化的污水,還有大量硫化氫的污水,污水在下水管和初沉池等貯存設(shè)施中,停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),發(fā)生早起消化,使pH下降,產(chǎn)生利于絲狀菌攝取的低分子溶解性有機(jī)物和硫化氫,引起硫代謝絲狀菌。但是硫化氫大部分是厭氧發(fā)酵中的副產(chǎn)物,而厭氧發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生大量小分子有機(jī)酸,這些是污泥膨脹的主要原因。
3、一些厭氧裝置雖然出水含有大量硫化氫,但是揮發(fā)性有機(jī)酸濃度很低時(shí)也不會(huì)發(fā)生污泥膨脹,當(dāng)揮發(fā)性有機(jī)酸達(dá)到一定濃度時(shí),其中主要的低分子有機(jī)酸(乙酸、丙酸)易于降解,因此造成耗氧速率的增加,引起DO限制膨脹。

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