SBR工艺活性污泥膨胀原因分析及调控措施

简耀先

（贵州开阳化工有限公司，贵州开阳 550399）

0 引 言

改良型SBR工艺是近年发展起来的一种先进的序批式活性污泥法脱氮工艺，与传统SBR工艺相比，改良型SBR工艺通过在单个池内多次重复进行的曝气、搅拌、沉淀、排放（排水、排泥）操作，创造好氧、缺氧、厌氧环境，利用好氧、缺氧、厌氧微生物完成分解有机物（BOD）和脱除氨氮 （NH3-N）的生化处理过程。改良型SBR工艺考虑了短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化、硝化-反硝化新生物脱氮技术应用的可能，既能有效地保证硝化率，又能很好地促进反硝化作用，具有占地少、运行费用低、设备简单、维护方便、自动化程度高、抗负荷冲击能力强等优点，广泛用于污水处理系统中。但在改良型SBR工艺系统的运行过程中，往往会出现污泥膨胀的现象，以下结合贵州开阳化工有限公司（简称开阳化工）改良型SBR污水处理系统的运行情况，就污泥膨胀的原因进行分析，并介绍开阳化工针对这一问题采取的调控措施。

1 污水处理系统概况

开阳化工500kt／a合成氨项目属贵州省重点建设项目、贵阳循环经济（国家）生态工业示范基地重点项目，其工艺路线为干煤粉加压气化、耐硫变换、低温甲醇洗＋超级克劳斯、液氮洗、氨合成。本项目污水处理系统采用改良型SBR工艺，污水以气化污水为主，设计污水处理量210m3／h，8h为1个运行周期。污水处理系统设计进水水质为COD≤425mg／L、BOD≤319.7mg／L、氨氮≤400mg／L、硫化物≤1.0 mg／L、总磷≤4mg／L、SS≤80.9mg／L、pH＝6～9、温度30～40℃；设计出水水质指标主要为COD≤60mg／L、BOD≤20mg／L、氨氮≤15mg／L、硫化物≤0.12mg／L、总磷≤0.3mg／L、氰化物≤0.5mg／L、SS≤70mg／L、pH＝6～9，即要求达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的一级标准。

从上述设计指标来看，污水处理系统来水水质总磷偏高，在满足系统自身需求之外还需添加除磷剂来保证出水指标合格，据SBR生化系统C∶N ∶P＝100∶5∶1的营养比例（N以NH3-N计，P以PO4-P计），系统的碳氮比不足，需按污水水质、水量投加甲醇（碳源）。

2 活性污泥膨胀现象

2020年2月初，4座SBR池在滗水时发现有部分絮体带出，SV30均升至60%～70%，而且在最初沉降10min时效果不好，污泥颜色由原来的深褐色变成浅黄色，无土腥味，之后通过在第二次曝气过程中加PAC（聚合氯化铝）后，滗水时水体带泥减少，水体还算清澈；但此后随着运行时间的推移，解絮膨胀现象越来越严重，再增加PAM （聚丙烯酰胺）的投加，可勉强确保滗水时水体清澈；当SBR池内活性污泥全部出现解絮膨胀的现象后，加再多的PAC、PAM，出水均呈浑浊状态，悬浮物超标，污泥沉降效果不好，最终SV30高达100%。

查阅相关文献得知，如果线状菌在整体菌落中占主导地位时，污泥活性不好，大量的硝化细菌和反硝化细菌会死亡，污水系统将陷入瘫痪状态。为进一步确定污泥的活性和硝化细菌的反应情况，分析检测了进水氨氮、COD及出水氨氮、COD、悬浮物（SS），如表1；4座SBR池污水的混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）及镜检结果如表2。

表1 SBR池进出水水质分析数据mg／L

表2 4座SBR池污水的MLSS、MLVSS及镜检结果

3 原因分析

通过数据分析并结合现场情况来看，4座SBR池均已出现活性污泥膨胀现象，污泥内硝化细菌大量死亡，氨氮降解能力大大下降，COD还能降解是因为采用了过度曝气的方式；出口悬浮物浓度缓慢升高，表明活性污泥膨胀越发严重，出现水浑浊现象。为了查清活性污泥膨胀的原因，从以下几个方面进行排查与分析。

3.1 进水来源

开阳化工气化原料煤之前采用贵州当地煤，其灰分高、产气量少，后经改造，气化系统掺烧石油焦（石油焦灰分少、产气量大），掺烧比例为石油焦∶贵州当地煤＝1∶2（质量比）。掺烧石油焦后，气化污水氨氮含量、COD值较之前有所降低，但同时污水来源中增加了反渗透浓水（反渗透浓水投加量占污水处理系统总进水量的约50%），如此一来，综合进水营养源减少，系统整体上处于缺营养状态，久而久之可能会导致活性污泥膨胀。

此外，在生物法处理高盐含氮废水的过程中，盐分能够直接影响溶解氧的浓度及氧气转移到液相的能力，进而影响硝化菌的新陈代谢功能（盐分高导致污泥中活性细菌反渗透压高，生物膜破裂，易发生细菌死亡现象）和活性污泥的沉降性，并改变颗粒污泥以及生物膜的结构，导致生物絮体或胞外聚合物解体。可见，污水处理系统进水中加入高盐分的反渗透浓水会对SBR工艺的硝化效率产生影响。

3.2 碳氮比

最近一批进水水质分析数据（见表3）表明，系统入口污水碳氮比约为1，比设计污水进水碳氮比还低，且来水中氨氮含量、COD值均比设计值低很多，在负荷偏低的情况下，生化池内的有机物浓度低，相较于胶团菌而言，丝状菌因其链状伸展的形式，更易接触到有机物形成优势生长，如果在系统运行过程中不把握好碳氮比，活性污泥易长期处于饥饿状态，大量的丝状菌繁殖，如此一来曝气过程中就很可能出现污泥解絮膨胀的现象。

表3 最近一批进水水质分析数据

3.3 运行时序周期表

3.3.1 设计运行时序周期表

开阳化工改良型SBR工艺系统以8h为1个运行周期，每个周期分为如下阶段自动运行。

进水阶段：此阶段分两步，第一步为时序开始时，第二步为第一次曝气结束时，共用时1h。

反应阶段：反应阶段又分为曝气阶段和搅拌阶段。曝气（硝化）阶段，由曝气系统向反应池供氧，第一次曝气时，有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3-N，此阶段用时2h；第二次曝气除了有部分硝化作用，也将多余的甲醇（碳源）消耗掉，此阶段用时2h，2次曝气共用时4h［由于曝气过程中溶解氧（DO）浓度一下就起来了，故设定了重复曝气，即在设定区间内曝气，高于设定值曝气风机停运，低于设定值曝气风机启动］。搅拌（反硝化）阶段，停止曝气而继续搅拌，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解，反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应，此阶段用时2h。

滗水阶段：搅拌停止，沉淀一段时间后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液，反应池逐渐过渡到厌氧状态继续进行反硝化，此阶段用时1h。

加碱阶段：分别于第一次曝气和第二次曝气时加碱，pH控制在7～8。

加甲醇阶段：第一次曝气结束时添加，亦即系统处于搅拌阶段开始、厌氧反应时添加。

排泥阶段：搅拌停止后排泥10min。

3.3.2 掺烧石油焦后的新情况新问题

上述运行时序适用于生产系统“工艺”未发生改变的时候，现阶段由于气化系统掺烧石油焦和污水处理系统投加反渗透浓水，进水水质发生了很大的变化，进水中营养物浓度低，原运行时序已不适用于现有的工艺条件，主要体现在以下几方面。

（1）曝气过度。由于进水中有机物少，当有机物消耗完之后，多余的曝气量所产生的剪切力就会破坏胶团菌之间的粘结力，使菌胶团变得松散破碎，宏观特征表现为污泥沉降性能变差，易膨胀。简言之，重复曝气变相地变成了过度曝气，是导致活性污泥膨胀的原因之一。

（2）甲醇投加位置不当。当SBR池内微生物发生反硝化反应时，需补充碳源来促进反硝化反应，原程序中甲醇投加的位置就是为了给反硝化细菌创造良好的生存条件。但从实际曝气过程来看，溶解氧浓度上升迅速，这一方面是风机电流大的原因，更为重要的原因是进水中有机物变少了。为防止重复曝气且保证曝气充足，就要在进水时将碳氮比调整好，据以往的经验，碳氮比应不低于3.5。简言之，不仅要在厌氧阶段投加甲醇，而且进水时需根据来水水质投加甲醇。

（3）排泥时间不够，SV30过高。由于设定排泥时间短，导致SV30达60% ～80%，污泥泥龄长，且过高的泥位使污泥不易形成胶团菌，污泥老化严重、活性差，久而久之污泥容易发生解絮膨胀现象。

4 调控措施

4.1 调整运行时序周期表

（1）进水阶段（进水第一步）添加甲醇，以调节进水COD，甲醇不能加多也不能加少，碳氮比不宜低于（即略高于）4，以保证曝气过程中的营养比例。甲醇投加调整前后进水水质分析数据的对比见表4。

表4 甲醇投加调整前后进水水质分析数据对比

（2）取消重复曝气设置，将风机与DO进行联锁，防止过度曝气；1个运行周期的排泥时间由原来的固定排泥10min改为可自由设定排泥时间，排泥程序延长至滗水结束，排泥时长上限为1h。

4.2 污泥培养和驯化

由于出水氨氮高、悬浮物超标，需将SBR池内的污泥抽净，重新进行培养驯化：首先将池内的泥水排净，重新补充经过混凝沉淀后的清澈气化污水，按照容积5000m3计算，至少每个池子补两车城市污水活性污泥，约50t；补完之后，曝气4h；搅拌前补充甲醇400kg，搅拌4h；持续1d，不滗水；之后按设定程序运行，每个周期进0.1m （池高），即89m3，同时需排放0.1m（池高），进水第一步就投加甲醇，调整碳氮比为4，同时观察池内氨氮含量的变化，此过程中调整风机电流，设定曝气溶解氧浓度为4mg／L，注意调控曝气时间和搅拌时间，通常二者耗时相当；当氨氮全部完成降解后，即出水氨氮小于1mg／L时，污泥培养驯化完成，控制SV30为40%～50%、MLSS为4000～5000mg／L，必要时还可补充活性污泥。

A池污泥驯化过程（B池、C池、D池也进行了类似的污泥驯化过程）中有关工艺数据的变化见表5。可以看出，A池经过12d的驯化（期间分别于第2天和第5天补充了活性污泥），出水氨氮基本上小于1mg／L。

表5 A池污泥驯化过程中有关工艺数据的变化情况

4.3 不再接收反渗透浓水

反渗透系统产生的浓水营养非常低，其氨氮、COD均能达到排放指标要求，只是总磷超标，污水处理系统接收反渗透浓水意味着将进水营养稀释。活性污泥出现膨胀现象后，为保证污水进水中的营养物质充足，并保证进水的盐分不高，污水处理系统不再接收反渗透浓水，反渗透浓水考虑另上处理装置。

4.4 每天观察污泥的性状和微生物的状态

正常的活性污泥应该是黄褐色的，污泥沉降性能好，一般10min就能沉淀下来，而且肉眼能看见污泥成团，矾花大，闻起来或者曝气过程中有明显的土腥味，显微镜观测状态下胶状细菌多、无丝状细菌。而活性污泥膨胀状态下，无矾花状态下的污泥SV30异常高，污泥沉淀性能差，出水浑浊，悬浮物超标，污泥呈淡黄色，无土腥味，显微镜观测状态下无团状细菌或丝状细菌大量存在。

4.5 随时观察进水水质

随时观察进水水质，如硫化物、游离氯、氰化物等。有毒有害物质对于微生物是致命的，在处理一些含有毒有害物质的污水时一定要做好预处理，防止其进入生化池。

上述措施落实后，经过约10d时间的调整，4座SBR池均恢复正常，污泥镜检状况好，沉降性能好，活性强。

5 结束语

污水处理系统运行过程中，出水指标的好坏关键在于生化处理环节。煤化工企业污水处理系统来水水质不稳定、污水中营养成分低会直接影响生化处理的效果。为此，需随时监控来水水质，同时注意生化池内污泥的性状，及时调整与优化，可采取加强排泥、降低污泥浓度及缩短泥龄、调整碳氮比、严格控制溶解氧含量等措施；对于高浓度的氨氮、COD或者其他有毒物质的侵入，需先将其导入事故应急池进行缓冲，再择机少量并入污水处理系统予以处理，以确保生化池进水水质的稳定。希望上述关于SBR工艺活性污泥膨胀原因及其调控措施的总结，能为业内提供一些参考，以便在今后污水处理系统的生产过程中找准类似问题的原因，从而对症下药。