A/O法生物脱氮工艺中污泥膨胀的分析研究

陈 诚 黄晓秋 傅少林

(江苏华昌化工股份有限公司江苏张家港215634)



A/O法生物脱氮工艺中污泥膨胀的分析研究

陈 诚 黄晓秋 傅少林

(江苏华昌化工股份有限公司江苏张家港215634)

A/O法生物脱氮工艺在处理含氨废水方面得到了广泛的应用，并取得了良好的效果，但是A/O法生物脱氮工艺在实际运行中始终伴随着一个棘手的问题——污泥膨胀。其主要表现为：污泥结构松散，沉淀性能差；污泥沉降比SV值增大(有时达95%以上，污泥容积指数SVI达到200以上)；二次沉淀池难以固液分离，导致大量污泥流失，出水中悬浮物含量超标；回流污泥浓度低，好氧池经常伴随着大量的泡沫产生，会直接影响整个生化系统的正常运行。

污泥膨胀分为2种：一种是由于活性污泥中的丝状菌过渡增殖引起的丝状菌型污泥膨胀；另一种是由于高亲水性黏性物质大量积累附着在污泥上，导致其密度变小，引起黏性膨胀，属于非丝状菌型污泥膨胀。研究表明，90%以上的污泥膨胀是由丝状菌过度增殖引起的。

1 合成氨工业废水的主要特点

以煤为原料采用固定层造气炉制半水煤气的合成氨生产工艺，产生的工业废水的主要特点：①氨氮含量高，且波动较大；②含有硫化物，主要来源于原料气脱硫处理过程中产生的残液进入污水系统；③合成氨工业废水中有机物含量低，对A/O生物脱氮系统而言，表现为缺乏碳源；④好氧池水温高，夏季超过40 ℃。A/O生化系统主要水质指标及好氧池相关参数变化情况见表1。

表1 A/O生化系统主要水质指标及好氧池相关参数变化情况

注：MLSS为混合液悬浮固体浓度。

2 污泥膨胀的主要原因

2.1 丝状菌

丝状菌是一大类菌体相连而形成丝状的微生物的统称，有学者将丝状菌分为29个类型、7个群，并制成了活性污泥丝状菌微生物检索表。不同运行条件下污泥膨胀中优势丝状菌类型如表2所示。

表2 不同运行条件下污泥膨胀中优势丝状菌类型

丝状菌的功能与其结构形态密切相关。长丝状形态有利于其在固相上附着生长，长丝状形态比表面积大，有利于摄取低浓度底物，在底物浓度相对较低的条件下比菌胶团增殖速度快，在底物浓度较高时则比菌胶团繁殖速度慢。许多丝状菌表面具有胶质的鞘，能分泌黏液，黏液层能够保证一定的胞外酶浓度，并减少水流对细胞的冲刷。

丝状菌生物种类繁多、数量大，对生长环境要求低。其生理生长特性表现为：吸附能力强、繁殖速率快、耐低溶解氧能力以及耐低基质浓度的能力都很强。根据丝状菌是否易被菌胶团附着，形成污泥絮体分为结构型丝状菌和非结构型丝状菌。在正常水处理运行工况下，具有结构丝状菌的絮体占绝对优势，非结构丝状菌因其表面含有特定的抗体不易被菌胶团附着，彼此存在拮抗关系，因此其存在的数量很少。正常运行情况下，菌胶团菌的最大生长速率较丝状菌高，其生长是占优势的。如果一旦所处的环境发生了较大的有利于丝状菌增殖的变化，超过了活性污泥这个微生物群落自身的调节能力，就会导致丝状菌过度繁殖而触发污泥膨胀。

2.2 污泥膨胀的主要原因

一直以来，对于活性污泥膨胀的诱发机理有许多不同的理论。其中比较有影响的理论如下：

(1)比表面积假说。该理论认为丝状菌的比表面积要大大超过菌胶团微生物的比表面积。当基质受限制时，丝状菌生长占优势，而菌胶团微生物的生长受到抑制。此假说解释低基质浓度和C、P元素缺乏型的污泥膨胀比较有效。

(2)积累/再生假说。它能对高负荷条件下发生丝状菌污泥膨胀问题做较为合理的解释。

(3)Chudoba等人在1973年提出的选择性理论。该理论以微生物生长动力学为基础，根据不同种类微生物的最大生长速率和饱和常数Ks不同，分析丝状菌与菌胶团细菌的竞争情况，从而对污泥膨胀现象做出合理的解释，目前该理论已被人们广泛接受。

(4)污泥膨胀饥饿假说。Chiesa等人综合不同研究者的结果，并根据污水中不可降解基质和微生物衰减系数对微生物生长速率的影响而提出。通过对近些年来活性污泥膨胀问题国内外研究进展的综合分析，可以将主要的活性污泥丝状菌膨胀的原因分为5种类型：①基质限制；②低溶解氧限制；③营养物缺乏；④低pH冲击；⑤高硫化物或腐化废水因素等膨胀类型。

3 活性污泥膨胀的防治措施

3.1 预防措施

污泥膨胀在各种类型的活性污泥工艺中都不同程度的存在，一旦发生污泥膨胀就难以控制或需相当长的恢复时间。一般发生只要2～3 d，而恢复正常却要3倍泥龄以上的时间，故采取一些预防措施是很有必要的，也是应该在实际运行中值得重视的。在工艺负荷的选择上，应避开容易引起污泥膨胀的负荷范围；在运行过程中，逐步调整运行参数或运行方式，以适应不断变化的水质及水量，创造出一个适合菌胶团生长的环境，避免污泥膨胀的发生。尤其在污泥膨胀发生的初始阶段，通过监测污泥沉降性能及时发现问题、找出问题并提出解决方案，使问题在初期得到解决。防止污泥膨胀的发生是解决污泥膨胀的最好办法。丝状菌型污泥膨胀的对策见表3。

3.2 活性污泥膨胀控制措施

传统控制丝状菌引起的污泥膨胀的主要手段是利用丝状菌具有较大的比表面积值，采用药剂(如二氯异氰尿酸或次氯酸钠等)杀死丝状菌， 或是投加无机混凝剂或有机混凝剂或助凝剂以增加污泥絮体的密度。但实践证明这些方法无法彻底解决污泥膨胀问题，往往一停止加药，污泥膨胀就会继续发作，并且相反地会带来出水水质恶化的不良后果。随着研究的逐步深入，人们认识到活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌会形成一个共生的微生物生态体系。在这种共生的生态体系中，丝状微生物作为污泥絮体的骨架是不可缺少的重要组成部分，对于高效、稳定地净化废水起重要作用。人们逐渐从简单地杀死丝状菌过渡到利用曝气池中的生长环境，调整菌胶团和丝状菌的比例，从而达到控制污泥膨胀发生的目的(即环境调控阶段)。环境调控概念的运用是人们在污泥膨胀控制技术和实践上的一大进步。其主要出发点是使曝气池中的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制来抑制丝状菌的过度生长和繁殖，将丝状菌控制在一个合理的范围之内，从而控制污泥膨胀的发生和发展速率。同时，利用丝状菌特性净化污水，稳定处理工艺。近年来，选择器理论得到充分发展和应用就是环境调控概念的具体体现。

表3 丝状菌型污泥膨胀的对策

当污泥膨胀初期没能得到及时控制而导致大面积爆发时，首先要查找原因，确定污泥膨胀的类型；如果是丝状菌引起的污泥膨胀，需要通过对各种运行条件的分析，确定引起丝状菌型污泥膨胀的具体原因，然后“对症下药”。

4 结语

(1)合成氨工业废水中氨氮含量往往很高，必须采取源头控制为原则的污染防治措施，不断改进化工生产工艺，减少氨氮含量和排放总量。原则上进入A/O生化系统的氨氮质量浓度不得超过400 mg/L，否则生化系统将很难正常运行。

(2)碳源不足是合成氨工业废水生化处理过程中出现污泥膨胀的重要原因之一。通常可通过将生活污水引入生化系统或直接投加甲醇来补充碳源。

(3)夏季，好氧池水温超过硝化细菌最适宜的温度范围，易引起污泥沉降性能下降，处理效果降低。必须采取有效措施将好氧池水温控制在35 ℃以下。通常，可采用对高温污水预冷却或在好氧池表面设置喷淋冷却水，前者效果显著。

(4)活性污泥的微生物是多种微生物的群体，作为一个微生物群落的生态系统，其正常的生态平衡受到各方面因素的影响，使得污泥膨胀的机理和影响因素变得相当复杂，并且经常与生物泡沫、污泥上浮等异常现象同时出现，因此应根据实际情况采用适当的控制技术，既要从宏观角度考虑，又要从微观角度考虑，在环境调控的原则下，做到对具体情况进行具体分析。

(5)由于污泥膨胀的复杂性，在某些方面认识还不一致，还需要人们继续深入研究，进一步完善污泥膨胀理论，对污泥膨胀进行系统、研究是十分必要的。

2016- 06- 18)