【污水處理廠】北京市高碑店污水處理廠污泥膨脹的控制
摘要：伴隨著活性污泥工藝的產(chǎn)生，污泥膨脹問題一直是運(yùn)轉(zhuǎn)管理中煩憂人們的最大難題之一。在污水處理比較普及的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，象荷蘭、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)，有30%～50%的污水處理廠都發(fā)生過不同程度的污泥膨脹問題。在我國(guó)污水處理起步較早的上海，幾乎所有的城市污水處理廠和一些工業(yè)廢水處理廠都存在一定程度的絲狀菌膨脹問題。
關(guān)鍵詞：污泥膨脹 絲狀菌 絮凝體
1 前言
自從1914年Aldern和Lockett首次發(fā)明活性污泥法處理污水技術(shù)之后，到今天的七、八十年中，活性污泥工藝由于其處理出水水質(zhì)好，工藝比較穩(wěn)妥可靠，而且人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐中，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此，活性污泥法得到廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來，它是各種廢水處理，特別是城市污水處理工藝的主流。
但是伴隨著活性污泥工藝的產(chǎn)生，污泥膨脹問題一直是運(yùn)轉(zhuǎn)管理中煩憂人們的最大難題之一。在污水處理比較普及的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，象荷蘭、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)，有30%～50%的污水處理廠都發(fā)生過不同程度的污泥膨脹問題。在我國(guó)污水處理起步較早的上海，幾乎所有的城市污水處理廠和一些工業(yè)廢水處理廠都存在一定程度的絲狀菌膨脹問題。
2 概況
北京高碑店污水處理廠一期工程于九三年底建成并投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)處理能力50萬噸/日，設(shè)計(jì)工藝為傳統(tǒng)活性污泥法。從試運(yùn)行到正式運(yùn)行，處理水量逐年增加，從94年的日均處理污水25萬噸至現(xiàn)在的日均處理污水50萬噸，工藝運(yùn)行一直比較穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，取得了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
高碑店污水處理廠雖然處理工藝比較成熟，但由于是一個(gè)大型污水處理廠，所以對(duì)工藝運(yùn)行控制的要求就非常高，容易出現(xiàn)這樣或那樣的問題，處理這些問題的過程，正是我們提高運(yùn)行管理水平的過程，同時(shí)這些經(jīng)驗(yàn)也能對(duì)其它污水處理廠的運(yùn)行起到參考作用。九八年二月中旬，高碑店污水廠發(fā)生了污泥膨脹現(xiàn)象，一發(fā)現(xiàn)問題，我們采到了相應(yīng)措施，至四月下旬完全恢復(fù)正常。下面我們就此次出現(xiàn)的污泥膨脹問題的成因研究以及控制過程作一報(bào)告，以供參考。
3 污泥膨脹前運(yùn)行狀況
污泥膨脹是由于活性污泥中絲狀菌異常增殖造成的，而絲狀菌的增殖需要一個(gè)過程，同時(shí)由于該廠規(guī)模大，抗沖擊能力強(qiáng)，發(fā)生污泥膨脹不是短期內(nèi)就能形成的，會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的積累，所以，我們有必要對(duì)污泥膨脹前的一個(gè)月時(shí)間段運(yùn)行狀況作一回顧（以二系列為例）。
3.1 進(jìn)水狀況
（1）來水構(gòu)成：
高碑店污水廠上游來水包括生活廢水及東郊化工廠、酒精廠等工業(yè)廢水，二者比例基本為1：1，即各占50%。經(jīng)環(huán)保部門測(cè)定，水中重金屬等有毒物質(zhì)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
（2）來水水量：
高碑店污水廠上游污水收集管網(wǎng)收集到的污水總量據(jù)測(cè)算為80萬噸/日，由于高污廠一期工程日處理能力僅為50萬噸，故處理水量能穩(wěn)定在50萬噸/日，多余污水由上游溢流口排放。
（3）BOD5值（如圖1）：
從圖1看到，曝氣池進(jìn)水BOD5 在98年1月份普遍偏低，基本上處于100mg/l以下，特別是從下旬開始，處于明顯的下降趨勢(shì)，最低曾達(dá)40mg/l。
（4）水溫：
基本保持穩(wěn)定在14℃～15℃之間。
（5）PH值：
保持在7.5左右。
3.2 曝氣池參數(shù)
（1）污泥濃度（如圖2）：
從圖2看到，1月份污泥濃度處在較高的水平，維持在2000mg/l左右，從1月下旬到2月下旬呈現(xiàn)快速升高的趨勢(shì)，最高達(dá)3500mg/l以上。
（2）污泥負(fù)荷（如圖3）：
從圖3看，從1月中、下旬開始，至2月上旬這段時(shí)間，污泥負(fù)荷呈下降趨勢(shì)，基本都在0.1kgBOD5/kgMLSS.d以下，最低曾達(dá)到0.05 kgBOD5/kgMLSS.d。
（3）污泥齡（如圖4）：
從圖4看1月中旬到1月底，污泥齡基本保持在9天左右，泥齡過長(zhǎng)，表明污泥已部分老化，抗沖擊能力差。
（4）溶解氧（如圖5、6）：
從圖5、圖6看，從1月至2月上旬，溶解氧普遍偏高，缺氧段在0.4mg/l以上，好氧段在3mg/l以上。
（5）污泥沉降比（如圖7）：
從圖7看，從1月下旬到2月上旬呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，最高曾達(dá)30%以上，說明污泥沉降性能正在變差。
（6）污泥指數(shù)（如圖8）：
從圖8看，1月開始污泥指數(shù)就一直呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢(shì)，表明污泥膨脹的發(fā)生趨勢(shì)。
.
（7）回流比：
基本控制在70%左右。
（8）剩余污泥排放量：
控制在6000m3/d左右。
3.3 微生物鏡檢
根據(jù)每日運(yùn)行報(bào)告的鏡檢內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，從1月中旬到2月上旬，微生物種類及數(shù)量呈減少趨勢(shì)，但活性較好。活性污泥結(jié)構(gòu)也逐漸變差，顏色逐漸發(fā)深灰色并有少量菌絲伸出，說明污泥活性及結(jié)構(gòu)正在變差，已有發(fā)生絲狀菌膨脹趨勢(shì)。
3.4 二沉池出水
正常，比較清澈。
4 污泥膨脹發(fā)生時(shí)的主要現(xiàn)象
4.1二沉池反映現(xiàn)象
（1）沉面現(xiàn)象
在沉池池面上先出現(xiàn)零散的片狀上浮污泥，并陸續(xù)蔓延至全池，該上浮污泥呈淺褐色，伴有大量細(xì)微泡沫，不易打散，加水稀釋攪拌后仍不沉淀，無異常氣味。
（2）出水非常清澈
4.2 曝氣池反映現(xiàn)象
曝氣池池面形成細(xì)微的暗褐色泡沫，取曝氣池活性污泥做30分鐘沉降比時(shí)，發(fā)現(xiàn)絮凝體沉速變慢，活性污泥的壓縮性能變差。污泥容積指數(shù)急劇上升，缺氧段漂浮大量深褐色污泥，致使溶解氧測(cè)定無法進(jìn)行?；亓魑勰嗝嫔嫌捎跀嚢璁a(chǎn)生的氣泡大（乒乓球大?。?，且不容易破碎。
4.3 微生物鏡檢
進(jìn)行微生物觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量的菌絲伸出菌膠團(tuán)，菌絲形狀稍彎，無分枝，長(zhǎng)度在50um～200um之間，直徑在0.7～1.4um之間，菌絲上有部分附著物，內(nèi)有橫隔，污泥結(jié)構(gòu)變差，其它指標(biāo)微生物數(shù)量很少。
4.4 SVI
從圖8中看出，SVI值從98年1月份開始緩慢上升趨勢(shì)，從2月下旬至3月上旬呈加速上升趨勢(shì)，最高達(dá)300以上，此段時(shí)間污泥膨脹程度最嚴(yán)重。
5 污泥膨脹成因及性質(zhì)分析
5.1 污泥膨脹產(chǎn)生的研究理論
一般研究理論認(rèn)為污泥膨脹的產(chǎn)生主要受以下三方面的因素影響。
（1）來水水質(zhì)因素主要包括：
污水陳腐
營(yíng)養(yǎng)物缺乏，不能維持BOD5∶N∶P＝100∶5∶1 的比例關(guān)系
有毒物質(zhì)偏高
（2）環(huán)境因素主要包括：
流量變化大，產(chǎn)生較大沖擊負(fù)荷
PH值偏低
水溫適宜25～30℃之間
（3）運(yùn)轉(zhuǎn)條件因素主要包括：
污泥負(fù)荷偏低，一般小于0.15KgBOD5/kgMLSS.d
低溶解氧，小于1mg/l
污泥齡長(zhǎng)，傳統(tǒng)活性污泥齡超過7天
5.2 污泥膨脹中絲狀菌種類及性質(zhì)
（1）不同條件下膨脹污泥中占優(yōu)勢(shì)的絲狀菌類群
有關(guān)研究列出下表：
（2）常見絲狀菌性質(zhì)（見下表）
（3）關(guān)于諾卡氏菌
有關(guān)研究表明，諾卡氏菌是絲狀菌的一種，是形成生物泡沫的主要原因，它具有極強(qiáng)的疏水性，很難清除和被機(jī)械破碎，經(jīng)常出現(xiàn)在二沉池表面。
5.3 高碑店污水廠此次污泥膨脹成因及性質(zhì)
（1）由微生物鏡檢可知，高碑店污水廠此次污泥膨脹屬絲狀菌膨脹而不是非絲菌膨脹。
（2）由各種圖表可知，此次膨脹是因來水營(yíng)養(yǎng)物缺乏（主要是BOD5偏低），進(jìn)而導(dǎo)致污泥負(fù)荷偏低（小于0.1Kg BOD5/kg MLSS.d），污泥齡過長(zhǎng)（9天），正常微生物食料缺乏，缺少活性，而絲狀菌過度繁殖造成的。
（3）結(jié)合微生物鏡檢及二沉池表象，根據(jù)研究資料，我們認(rèn)為，此次污泥膨脹中絲狀菌類型主要為0041型菌及諾卡氏菌兩種。
（4）根據(jù)絲狀菌菌絲中度，我們認(rèn)為此次污泥膨脹屬中度膨脹。
6 控制措施及變化過程
6.1控制措施
通過分析，我們認(rèn)為此次污泥膨脹主要是由于污泥負(fù)荷偏低引起的中度絲狀菌膨脹，考慮到加藥可能產(chǎn)生的副作用，決定通過調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)曝氣池的管理，來改善污泥狀況。從2月10日開始我們采取了以下措施：
（1）縮短污泥齡
主要是通過加大剩余污泥排放量來實(shí)現(xiàn)，由原來的每天排6000立方米加大到13000立方米，回流比仍控制在70%，使污泥齡由9天左右縮短到3天左右，從而加快活性污泥更新速度。
（2）提高污泥負(fù)荷
由于加大了剩余污泥排放量，必然降低曝氣池污泥濃度，由原來的2000mg/l左右，降到1200mg/l左右，從而有效地提高了污泥負(fù)荷，從原來的0.1Kg BOD5/kg MLSS.d以下，提高到0.2Kg BOD5/kg MLSS.d以上。
（3）降低溶解氧
主要方法是從原來1500m3/min的供氣量調(diào)整至1000 m3/min的供氣量，使溶解氧由原來的4mg/l降至2mg/l左右，為活性污泥創(chuàng)造有利的生存環(huán)境。
6.2 采取控制措施后變化過程
這里首先需要說明的是進(jìn)水狀況從各種數(shù)據(jù)來看，基本保持穩(wěn)定，這也就保證了控制措施的穩(wěn)定性，下面就分析一下主要參數(shù)的變化過程。
（1）污泥濃度變化：
從圖2看到，從2月10日開始控制，到3月3日，歷時(shí)3周左右，使污泥濃度由原來的3500mg/l左右降至1000～1500mg/l之間，并一直保持此值。
（2）污泥負(fù)荷變化：
從圖3看到，在開始控制的前3周左右的時(shí)間里，污泥負(fù)荷并沒有明顯的變化，從第四周開始有明顯的上升趨勢(shì)，從0.1Kg BOD5/kg MLSS.d逐步上升到0.3Kg BOD5/kg MLSS.d左右，但由于4月4日至10日，二系列初沉池進(jìn)行維護(hù)，而使二系列停止進(jìn)水，至使污泥負(fù)荷有所反復(fù)，但總的趨勢(shì)是上升的，并在0.2～0.3Kg BOD5/kg MLSS.d之間。
（3）污泥齡變化趨勢(shì)：
從圖4看到，從2月10日～3月5日污泥一直控制在3天左右，從3月6日以后，由于設(shè)備、設(shè)施維修等原因，泥齡變化幅度較大，但基本保持在3～4.5天之間。
（4）溶解氧變化：
從圖5看到，缺氧段溶解氧在1月份普遍偏高達(dá)0.4mg/l以上，在污泥發(fā)生膨脹后由于池面漂浮大量污泥，至使無法測(cè)定溶解氧值，在恢復(fù)后基本在0.2mg/l以下。從圖6我們看到，好氧段溶解氧在1月份也普遍偏高，達(dá)4mg/l左右。在控制期變化幅度較大，主要是受鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)，故而延長(zhǎng)了控制時(shí)間，在穩(wěn)定后基本保持在2～3mg/l之間。
（5）沉降比變化：
從圖7看，從1月下旬開始，污泥沉降比從最低的11%開始，呈反復(fù)上升趨勢(shì)，到3月下旬達(dá)到最高30%左右，之后呈現(xiàn)逐級(jí)回落，最后穩(wěn)定在10%～3mg/l之間。
（6）污泥指數(shù)變化：
從圖8看到，污泥指數(shù)的變化趨勢(shì)非常清晰，從1月開始，就運(yùn)行在緩慢的上升通道中，至3月中旬，也就是污泥膨脹高峰期，污泥指數(shù)發(fā)生了突然上揚(yáng)到300以上，之后隨著控制措施的作用，呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，至正常時(shí)保持在100左右。
（7）微生物相變化：
從2月9日，對(duì)曝氣池末端混合液進(jìn)行微生物觀察時(shí)，所有的絮凝體上都有菌絲，但密度較低
從2月12日～3月2日，所有絮凝體上都有菌絲，密度中度，并且菌絲之間有較多相互交織，菌絲較長(zhǎng)50～200um，菌絲上附著物較多，并有較多游離的菌絲，并且其它類型指示微生物極少，僅觀察到輪蟲、盾纖蟲、偶爾有少量的鐘蟲，污泥結(jié)構(gòu)較差。
從3月3日～3月8日，絲狀菌豐度降低，菌絲也變短，其中菌絲上有大量的附著物，并有較多的管葉蟲、斜管蟲，污泥結(jié)構(gòu)較差；3月15日微生物相觀察時(shí)，指示微生物明顯減少，絮凝體中菌絲又明顯增多、增長(zhǎng)。3月16日～3月24日所有絮凝體上都有菌絲，密度偏高，較多的交織成網(wǎng)，菌絲上附著物較少，3月25日～4月3日，微生物相無明顯變化，絲狀菌密度中等，污泥的沉降性較差，4月10～4月13日，絲狀菌豐度逐步下降，結(jié)構(gòu)一般，有較多的毛蟲類微生物出現(xiàn)，4月17日絮體上的菌絲變短，且密度極低。(見圖片7)基本上恢復(fù)正常，鐘蟲類微生物增多，結(jié)構(gòu)較好，污泥的沉降性能好。
（8）曝氣池、二沉池池面變化及二沉出水水質(zhì)：
從2月9日～3月2日，曝氣池有大量暗褐色泡沫，不易破碎，易堆積，表明污泥膨脹仍在慣性發(fā)生，至3月3日時(shí)，暗褐色泡沫明顯減少，這與曝氣池MLSS降低有直接關(guān)系。在膨脹過程中，二沉池面上有大量的片狀污泥上浮，由于二沉池是中心進(jìn)水，周邊出水的輻流式沉淀池，在出水堰板前有浮渣擋圈，阻止上浮污泥隨水流失，上浮污泥給人工清除。（見圖片8）
除3月14日、15日、16日及3月22日、23日這幾天出水SS>30mg/l，這與DO過低有直接關(guān)系，其它出水水質(zhì)SS為21.0～29.0mg/l，BOD為10～20mg/l。
7 結(jié)論
7.1污泥膨脹的提前判斷
通過對(duì)各種趨勢(shì)的分析，我們認(rèn)為有兩個(gè)參數(shù)對(duì)于污泥膨脹發(fā)生趨勢(shì)的提前判斷非常重要：一個(gè)就是污泥負(fù)荷是否連續(xù)兩周以上時(shí)間維持在0.1Kg BOD5/kg MLSS.d以下，另一個(gè)就是污泥指數(shù)是否連續(xù)兩周以上保持上升趨勢(shì)，兩者要同時(shí)參考，若同時(shí)發(fā)生，基本就可判斷污泥膨脹將要發(fā)生的趨勢(shì)，應(yīng)立刻采取控制措施。
7.2控制污泥膨脹的時(shí)間
（1）控制措施產(chǎn)生作用的時(shí)間
從2月10日我們開始采取控制措施后，污泥膨脹仍慣性發(fā)展，到3月6日達(dá)到頂峰，期間為27天，然后開始轉(zhuǎn)好，因此我們認(rèn)為對(duì)污泥膨脹的控制措施不會(huì)立刻見到效果，而是有一定滯后期，該滯后期為污泥齡（9天）的3倍時(shí)間。
（2）從開始控制到完全恢復(fù)正常的時(shí)間
在本次控制過程中，由于設(shè)施維護(hù)導(dǎo)致3月6日～9日二系列停止進(jìn)水4天，4月3日～9日二系列停止進(jìn)水6天，同時(shí)，由于鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障頻繁試機(jī)，使3月19日～25日這段時(shí)間供氣不穩(wěn)定，造成各項(xiàng)指標(biāo)有所反復(fù)。從2月10日開始采取控制措施到4月20日完全恢復(fù)，實(shí)際共用了10周左右時(shí)間，但從圖3、圖5、圖6、圖7、圖8，各項(xiàng)指標(biāo)趨勢(shì)分析，從3月6日開始至4月10日這段時(shí)間是由于設(shè)備、設(shè)施維修及故障等原因造成的控制反復(fù)，如整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定，那么這段時(shí)間中不穩(wěn)定時(shí)間（約3周）應(yīng)可省去，那么此程度的污泥膨脹的正?？刂茣r(shí)間應(yīng)為7周左右，而此前污泥齡為9天左右，故我們認(rèn)為：這種中度污泥膨脹控制的時(shí)間應(yīng)為污泥齡的5倍時(shí)間左右。
（3）綜合上所述，污泥膨脹控制措施見效后的治愈期（2倍泥齡）應(yīng)快于其滯后期（3倍泥齡）。
7.3 曝氣池的控制參數(shù)：
通過本次污泥膨脹的控制，我們得出本廠曝氣池的最佳控制參數(shù)如下：污泥濃度為1000～1500mg/l；污泥負(fù)荷為0.1～0.3kgBOD5/kgMLSS.d；污泥齡為4～6天；好氧段溶解氧為2～3mg/l；缺氧段溶解氧為0.2mg/l以下。
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