关键词 :低溶解氧浓度 ;有机负荷 ;降温 ;非丝状菌膨胀
活性污泥泥水混合液能否在沉淀阶段良好的分离是活性污泥工艺运行中的关键问题. 活性污泥的泥水分离问题可概括为以下几个类型 :微生物的分散生长、污泥膨胀、针状絮体、污泥上浮、泡沫或浮渣问题. 尽管上述问题都会给活性污泥工艺正常运行带来负面影响 ,但污泥膨胀是其中最严重的问题.
活性污泥膨胀主要分为2 大类型 :丝状菌污泥膨胀 (Filamentous bulking) 和非丝状(Non2filamentous bulking) 污泥膨胀 . 非丝状菌污泥膨胀又被称为粘性膨胀 (Viscous bulking) 或菌胶团膨胀( Zoogloea bulking) . 非丝状菌膨胀是由于菌胶团细菌大量累积高粘性物质或过量繁殖引起的无丝状菌过量生长的污泥沉降性能变差现象. 非丝状菌污泥膨胀的原因主要有: ①污水水质成分(如含有高浓度脂肪和油酸) ②污泥负荷过高或进水中缺乏氮、磷营养物质或某些微量元素 , ③在某些条件下 ,选择器也会刺激菌胶团菌的过量生长 , ④低温.
目前,有关非丝状菌污泥膨胀现象的报道逐渐增多,但是国内外在这方面的系统研究也十分少,尤其缺乏预防和控制非丝状菌污泥膨胀的有力措施. 有机负荷、溶解氧浓度、温度都是影响活性污泥系统正常运行的重要因素. 许多文献报道,活性污泥系统在低溶解氧条件下运行,可提高系统的脱氮除磷能力. 但通常认为,低溶解氧条件运行会导致污泥沉降性能变差. 在污水处理厂的运行中,尤其秋冬交替之时 ,会出现水温突然降低的现象. 另外,一些在中温条件下运行的活性污泥系统偶尔也会由于加热系统的故障 ,出现温度突然降低的现象. 但是 ,温度突然变化对活性污泥沉降性能影响的研究还比较少. 本文采用 SBR 工艺处理实际生活污水,研究了低溶解氧和温度变化对污泥沉降性能的影响,并提出了相应的控制措施.
1 材料和方法
1.1 试验装置采用序批式反应器 (Sequencing Batch Reactor , SBR) ,试验装置见图 1. 反应器有效容积14 L ,有机玻璃制成. 反应器壁上设有取样口,兼有排水作用. 采用鼓风微孔曝气方式,用空气流量计调节曝气量. 根据不同需要,利用温度控制系统保持不同的水温. SBR 的运行周期分为进水、曝气、沉淀、排水、闲置 5 个阶段. 采用限制性曝气. 每周期进水2 min ,曝气时间根据负荷不同分别为2 h,4 h和6 h,沉淀1 h ,排水10 min. 每天运行2 个周期,其它时间为闲置期.
1. 2 试验用水及种泥来源
摘要:采用序批式活性污泥法(SBR)处理实际生活污水研究了低溶解氧条件下，有机负荷对污泥膨胀的影响和突然降温对污泥沉降性能的影响。低溶解氧条件下，当有机负荷为0120kg˙(kg˙d)-1和0126 kg˙(kg˙d) - 1时,活性污泥中虽然有丝状菌存在,但并没有发生污泥膨胀.有机负荷达到0157kg˙(kg˙d)-1时,菌胶团过量生长,发生非丝状菌污泥膨胀.提高溶解氧,降低有机负荷可使污泥沉降性能恢复正常.突然降温,也会导致非丝状菌污泥膨胀.恢复温度后 ,膨胀现象可得到控制. 非丝状菌污泥膨胀除了没有丝状菌过量增殖外,还具有污泥有粘性,泥水混合液难过滤的特点..
1.3 检验分析项目COD 采用5B23 型COD 快速测定仪测定;BOD 采用WTWTS 606ΠS 红外遥控BOD仪测定;TP 经过消解采用氯化亚锡还原光度法;PO3-42P 采用氯化亚锡还原光度法; MLSS 采用滤纸重量法. 利用 WTW inoLab Oxi level2 实验室台式溶解氧仪在线检测DO 值. 用OLYMPUS BX51ΠBX52 显微镜对污泥絮体内微生物进行观察. SV 是活性污泥在100 mL 的量筒内静沉30 min测得. SVI 值根据SV和MLSS 进行计算得到. 反应中用污泥指数 (sludge volume index ,SVI) 来反映污泥沉降性能. 当SVI 值到150 mL˙g - 1以上时,认为发生污泥膨胀;反之,认为膨胀得到控制.
2 结果与讨论
1.2 高负荷、低溶解氧引起的非丝状菌污泥膨胀试验通过改变曝气时间来改变有机负荷.
高负荷、低溶解氧引起的非丝状菌污泥膨胀试验通过改变曝气时间来改变有机负荷. 选择了3 种有机负荷,曝气时间分别为2 h ,4 h 和6 h. 相应负荷分别为 0157 kg˙(kg˙d) - 1 ,0126 kg˙(kg˙d) - 1 和 0120 kg˙(kg˙d) - 1 . 在(21 ±1) ℃条件下 ,SBR 反应器在每个负荷条件下都运行了 100 周期. 污泥浓度 (MLSS) 控制在 3000 mg˙L - 1 左右. 污泥的沉降性能用 SVI 表示. 有机负荷按式(1) 计算: Ns = V1˙S0 X˙( V1+ V2 )24t (1)式中, Ns 为SBR反应器的有机负荷[ kg˙(kg˙d)-1 ,以 BOD5计]; V1为反应器的一次进水量(L);V2为进水前反应器内原有的泥水混合液体积(L);t为一个运行周期的曝气时间 (h) ; S0 为进水有机物浓度(mg˙L - 1 ,以 BOD5 表示) ; X 为运行阶段反应器中活性污泥平均浓度(mg˙L - 1 ) .～718 ,平均值为716. 试验以北京市某城市污水处理厂的回流污泥为种泥 ,进行培养驯化.
1.3 检验分析项目COD
采用5B23 型COD 快速测定仪测定;BOD 采用WTWTS 606ΠS 红外遥控BOD仪测定;TP 经过消解采用氯化亚锡还原光度法;PO3-42P 采用氯化亚锡还原光度法; MLSS 采用滤纸重量法. 利用 WTW inoLab Oxi level2 实验室台式溶解氧仪在线检测DO 值. 用OLYMPUS BX51ΠBX52 显微镜对污泥絮体内微生物进行观察. SV 是活性污泥在100 mL 的量筒内静沉30 min测得. SVI 值根据SV和MLSS 进行计算得到. 反应中用污泥指数 (sludge volume index ,SVI) 来反映污泥沉降性能. 当SVI 值到150 mL˙g - 1以上时,认为发生污泥膨胀;反之 ,认为膨胀得到控制.
低溶解氧会促使丝状菌的过量生长,引起丝状菌污泥膨胀.本研究中的3组试验都是在低溶解氧条件下进行,但污泥的沉降性能却有较大的差别. 由图 2 可见 ,当污泥负荷在 0120 kg˙(kg˙d) - 1和 0126 kg˙(kg˙d) - 1时 ,污泥的沉降性能良好. 反应初始SVI 都为 68 mL˙g-1 ,随着运行周期的增多,SVI 有所上升.前者在第50周期 ,SVI 达到124 mL˙g - 1 ,但在后来的50 周期里, SVI始终维持在120～135 mL˙g - 1,污泥没有发生膨胀现象. 后者在第54 周期, 达到124 mL˙g-1. 同样在后续的周期里 ,SVI 始终保持在 130 mL˙g - 1以下 ,也没有发生污泥膨胀. 显微镜下观察污泥絮体内的微生物 ,有少量的丝状菌存在 ,但是其并没有对污泥的沉降性能产生严重的影响. 这说明低溶解氧不一定会引起丝状菌污泥膨胀 ,而且丝状菌的存在也不一定会引起污泥膨胀.
当污泥负荷上升到0157kg˙(kg˙d)-1时,污泥的沉降性能变化很大.第53周期之前,污泥沉降性能良好,SVI值在150mL˙g -1以下. 在第53 周期,SVI开始迅速上升;第76周期达到200mL˙g-1,最高可达到223 mL˙g-1 . 在第93 周期,SVI 为212mg˙L -1. 污泥有粘性,泥水混合液难过滤,出水浑浊,透明度差.通过镜检发现,该污泥沉降性能变差现象并没有伴随着丝状菌的过量生长. 而是出现了如图 3 所示的大量的指型、放射状的菌胶团. 由此可见,该污泥膨胀属于典型的非丝状菌污泥膨胀. 由于反应时间短 ,有机负荷过高 (COD 下降率仅为 58 %) ,微生物不能充分利用碳源合成细胞物质 ,细菌获得的大量碳源物质转变为胞外多聚物覆盖在污泥絮体表面. 这些凝胶状的多聚物质是高度亲水性化合物,含有大量结合 ,致使污泥沉降性变差.
该组试验与前两组试验运行条件的差别在于该组试验的有机负荷较高. Eikelboom 的研究也表明 , 在高有机负荷污水处理厂 (NS > 0140 kg˙(kg˙d) - 1 ) 容易发生非丝状菌污泥膨胀. 高有机负荷可能是致使发生丝状菌污泥膨胀的原因.
2. 2 高负荷、低溶解氧引起非丝状菌污泥膨胀的控制图
目前报道的抑制非丝状菌污泥膨胀的方法主要有投加无机、有机混凝剂或粘土助沉的方法. Jenkins 曾报道营养物质缺乏所引的非丝状菌污泥膨胀,并不能用常规的控制丝状菌污泥膨胀的方法 (投加聚合物、氯、H2O2 ) 来控制. Van Leeuwen 提出可用臭氧来控制非丝状菌污泥膨胀. 田口广介绍投加无机药品不能取得预期的效果,投加高分子絮凝剂虽然可以暂时控制膨胀,但如果不连续投加,又会出现污泥膨胀反复现象. 实际运行中,这些方法可能会受到运行费用或场地条件等限制,而且其它物质的加入还可能影响污水处理的效果.
在本研究中,采取了先提高溶解氧浓度,后降低有机负荷的方法对膨胀污泥进行了恢复与控制. 如图4 所示,恢复过程中首先提高了溶解氧,使 DO 浓度达到 210 mg˙L-1以上. 运行了6 周期,SVI 变化不大. 第7 周期开始,在保持高溶解氧的同时,将有机负荷降低到013 kg˙(kg˙d) - 1. 经过13 周期的运行 , SVI下降到140 mL˙g-1. 第39 周期,SVI 下降到119 -107 mL˙g - 1 . 污泥沉降性能变好 ,泥水混合液容易过滤, 沉淀后上清液变得清澈透明. 镜检观察,发现指状菌胶团减少,污泥膨胀得到控制.
2.3 突然降温引起的非丝状菌污泥膨胀及控制
SBR 系统在(32 ±1) ℃下运行一段时间后 ,SVI 稳定在 150 mL˙g - 1以下,然后在某周期内反应器中温度由(32 ±1)°C 突然降低至 17 ℃. 由图 5 可见,仅仅运行了1 周期 ,SV 就从2515 %上升到76 % ,SVI 由11912 mL˙g - 1上升到 33718mL˙g - 1.污泥的沉降速率降低,污泥有粘性,泥水混合液难过滤. 但与前面不同的是,污泥沉淀后的上清液清亮透明,没有悬浮物. 镜检观察未见丝状菌的过量出现. 因此 ,该污泥膨胀也应属于非丝状菌污泥膨胀.
目前,对于降温引起的非丝状菌污泥膨胀研究较少,有文献介绍可以通过投加粘土来控制膨胀. 本试验因是在实验室内进行,因此可以通过用加热装置恢复反应器内的水温. 由图5可见,通过升温的方法,运行了16 周期后,膨胀的污泥得到控制,污泥沉降性能变好. 反应温度突然降低,微生物的代谢速率降低,使部分有机碳源不能被充分利用,形成胞外多聚物. 另 ,为了适应环境的突变,微生物可能分泌一些粘性物质将自己包裹保护起来,而这些分泌物能结合大量的水分,可使污泥絮体的结合水增多,致使污泥沉降性能变差. 另外,也有研究表明活性污泥的粘度与沉降性能之间也存在相关关系,活性污泥中含有的粘性物质增多,污泥的粘度越高,沉降性能越差. 当温度恢复后,微生物的活性又逐渐恢复,代谢能力增强,可将有机碳源充分利用,微生物细胞外的多聚物减少. 而且温度升高 ,活性污泥的粘度也会降低,所以活性污泥的沉降性能也就逐渐恢复正常.
3 结论
1) SBR 工艺处理实际生活小区污水,在低溶解氧浓度条件下运行. 当有机负荷为 0120 kg˙(kg˙d) - 1 和 0126 kg˙(kg˙d) - 1时,活性污泥中虽然有丝状菌存在,但并没有发生污泥膨胀. 有机负荷升高到 0157 kg˙(kg˙d) - 1时,发生了非丝状菌污泥膨胀.
2) 长期的高负荷 ,低溶解氧浓度条件可引起非丝状菌污泥膨胀. 膨胀的污泥有粘性 ,泥水混合液难过滤 ,沉淀后上清液浑浊. 通过提高溶解氧 ,降低有机负荷的方法可使污泥沉降性能恢复正常.
3) 突然降低温度,可引起非丝状菌污泥膨胀. 膨胀的污泥有粘性,泥水混合液难过滤,但是沉淀后的上清液清亮透明,出水悬浮物浓度低. 通过恢复温度至原来水平的方法可控制此种污泥膨胀.
