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活性污泥指标及污泥膨胀处理
活性污泥法
处理的关键在于具有足够数量和性能良好的污泥。
它是大量微生物聚集的地方,即微生物高度活动的中心,在处理废水过程中,活性污泥对废水中的有机物具有很强的吸附和氧化分解能力,故活性污泥中还含有分解的有机物和无机物等。
污泥中的微生物,在废水中起主要作用的是细菌和原生动物。
微生物的指示作用
(1)着生的缘毛目多时,处理效果良好,出水BOD5和浊度低。
(如小口钟虫、八钟虫、沟钟虫、褶钟虫、瓶累枝虫、微盘盖虫、独缩虫)这些缘毛目的种类都固定在絮状物上,并随窗之而翻动,其中还夹杂一些爬行的栖纤虫、游仆虫、尖毛虫、卑气管叶虫等,这说明优质而成熟的活性污泥。
(2)小口钟虫在生活污水和工业废水处理很好时往往就是优势菌种。
(3)如果大量鞭毛虫出现,而着生的缘毛目很少时,表明净化作用较差。
(4)大量的自由游泳的纤毛虫出现,指示净化作用不太好,出水浊度上升。
(5)如出现主要有柄纤毛虫,如钟虫、累枝虫、盖虫、轮虫、寡毛类时,则水质澄清良好,出水清澈透明,酚类去除率在90%以上。
(6)根足虫的大量出现,往往是污泥中毒的表现。
(7)如在生活污水处理中,累枝虫的大量出现,则是污泥膨胀、解絮的征兆。
(8)而在印染废水中,累枝虫则作为污泥正常或改善的指示生物。
(9)在石油废水处理中钟虫出现是理想的效果。
(10)过量的轮虫出现,则是污泥要膨胀的预兆。
另在一些对原生动物不宜生长的污泥中,主要看菌胶团的大小用数量来判断处理效果。
活性污泥中的微生物
活性污泥是微生物群体及它们所吸附的有机物质和无机物质的总称。
微生物群体主要包括细菌、原生动物和藻类等。
其中,细菌和原生动物是主要的两大类。
(一)细菌
细菌是单细胞生物,如球菌、杆菌和螺旋菌等。
它们在活性污泥中种类多、数量大、体积微小,具有强的吸附和分解有机物的能力,在污水处理中起着关键作用。
在活性污泥培养的初期,细菌大量游离在污水中,但随着污泥的逐步形成,逐渐集合成较大的群体,如菌胶团、丝状菌等。
1.菌胶团
菌胶团是细菌及其分泌的胶质物质组成的细小颗粒,是活性污泥的主体,污泥的吸附性能、氧化分解能力及凝聚沉降等性能均与菌胶团有关。
菌胶团有球形、分枝状、蘑菇形、垂丝形等
2.球衣细菌
这种细菌对碳素营养需求量较大,常因有大量碳水化合物的存在,使它们过快地繁殖引起污泥膨胀,故分解有机物的能力强
白硫细菌能分解含硫化合物;硫丝细菌是一种常见丝状细菌,大量繁殖时可使污泥松散,甚至引起污泥膨胀。
活性污泥系统问题及解决对策
生物相不正常
正常的生物镜检可见大量有柄纤毛虫,如钟虫属,累枝虫属等,这类纤毛虫以体柄分泌的粘液固着成污泥絮体。
如系统出现大量游泳型纤毛虫,如豆型虫属,草履虫属等则可能是有机负荷太高或溶解氧偏低所致。
1.衡量活性污泥数量和性能好坏的指标:
主要有以下几项。
(1)活性污泥的浓度(MLSS)指以1L混合液内所含的悬浮固体或挥发性悬浮固体的量。
污泥浓度的大小可间接的反映废水中微生物的浓度。
一般在活性污泥曝气池内常保持MLSS浓度在2~6mg/L之间,多为3~4mg/L。
(2)污泥沉降比(SV%)指一定量的曝气池废水在静置30min后,沉淀污泥与废水的体积比,用%号表示。
它可反映污泥的沉淀和凝聚性能好坏。
污泥沉降比越大,越有利于活性污泥与水的迅速分离,性能良好的污泥,一般沉降比可达15~30%。
(3)污泥容积指数(SVI)又称污泥指数,是指一定量的曝气池废水经30min沉淀后,1g干污泥所占有沉淀污泥容积的体积,单位ml/g,它实质是反映活性污泥的松散程度,污泥指数越大,则污泥越松散。
这样可有较大表面积,易于吸附和氧化分解有机物,提高废水的处理效果。
但污泥指数太高,污泥过于松散,则污泥的沉淀性差,故一般控制在50~150ml/g之间。
但根据废水性质的不同,这个指标也有差异。
如废水溶解性有机物含量高时,正常的SVI值可能较高;相反,废水中含有无机性悬浮物较多时,正常的SVI值可能较低。
以上三者之间的关系:
SVI=SV*10/MLSS
2.活性污泥的培养与驯化
活性污泥是通过一定的方法培养与驯化出来的。
培养的目的是使微生物增殖,达到一定的污泥浓度;驯化则是对混合微生物群进行淘汰和诱导,使具有降解废水活性的微生物成为优势。
1.1菌种和培养液
除了采用纯菌种外,活性污泥菌种大多取自粪便污水、生活污水或性质相近的工业废水处理站二沉池剩余污泥。
培养液一般由上述菌液和诱导比例的营养物如淘米水、尿素或磷酸盐等组成。
1.2培养与驯化方法
1.2.1有异步法和同步法。
异步法主要适用于工业废水,程序是:
将经过粗滤的浓粪便水投入曝气池,用生活污水(或河水)稀释成BOD5~300-500mg/L,加培养液,连续曝气1~2d,池内出现絮状物后,停止曝气,静置沉淀1~1.5h,排除上清液(约池容的50%~70%);再加粪便水和稀释水,重新曝气,待污泥数量增加一定浓度后(约1~2周),开始进工业废水(10%~20%),当处理效果稳定(BOD去除率80%~90%)和污泥性能良好时,再增加工业废水的比例,每次宜增加10%~20%,直至满负荷。
处理城市污水时可采用同步法,即曝气池全部进废水,连续曝气,二沉池不排泥,全部回流。
1.2.2在培养和驯化期间,应保证良好的微生物生长条件,如温度15~35℃,DO0.5~3mg/L,PH6.5~7.5,营养比等。
2.正常运行工艺控制
2.1曝气系统控制
2.1.1一般,负荷较小时,MLVSS较高,DO也应相应提高;当DO不变时,空气量Qa主要取决于入流BOD5。
2.1.2实际曝气量估算公式Qa=f0(S0-Se)Q/300Ea
式中f0为耗氧系数,指去除单位BOD所消耗的氧量,与F/M有关。
当F/M0.2~0.5KgBOD/(KgMLSS·d)时,可取1;当F/M<0.15KgBOD/(KgMLSS·d)时,可取1.1~1.2。
Ea为曝气效率,与扩散器的种类等有关,一般在7%~15%之间。
2.2回流污泥系统控制
2.2.1回流污泥系统控制有3种方式:
(1)保持回流量恒定
(2)保持回流比恒定
(3)定期或随时调节回流量及回流比。
2.2.2调节回流比有4种方法:
(1)按照二沉池的泥位
(2)按照沉降比,公式R=SV30/(100-SV30)
(3)按照回流污泥及混合液的浓度,公式R=X/Xr-X
(4)按照污泥沉降曲线
2.3剩余污泥排放控制(Vn为排泥量)
2.3.1用MLSS控制
公式Vn=(X-X0)V/Xr
2.3.2用F/M控制
公式Vn=[XVV-S0Q/(F/M)]/Xr
2.3.3用θc控制(为从曝气池排出混合液流量)
公式QW=XV/(Xrθc)-XeQ/Xr
二沉池污泥量Mc=AcHc(Xr+X)/2
式中Ac为二沉池表面积,Hc为二沉池内的污泥层厚。
2.3.4用SV30控制
3.污泥膨胀及其控制
3.3.1丝状菌膨胀
活性污泥絮体中的丝状菌过度繁殖,导致膨胀,促成条件包括进水有机物太少,F/M太低,微生物食料不足;进水N,P不足;PH太低,不利于微生物生长;混合液溶解氧太低,不能满足需要;进水波动太大,对微生物造成冲击。
3.3.2非丝状菌膨胀
由于进水中含有大量的溶解性有机物,使污泥负荷太高,而进水中又缺乏足够的N,P,或者DO不足;进水中含有较多毒物,导致细菌中毒,不能分泌出足够量的粘性物质,形不成絮体,也无法分离。
3.3.3措施
1.污泥助沉法(加混凝剂和助凝剂)和杀菌法;
2.DO太低可增加供氧;PH调节进水水质;污泥缺氧而腐化可增大曝气;N,P缺乏则应增加;
3.活性污泥膨胀可分为:
污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀以及并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀。
根据你说的情况,应属于后者。
非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水,细菌外面包有黏度极高的粘性物质。
这种粘性物质是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。
非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。
微生物的负荷高,细菌吸取了大量的营养物质,但由于温度低,代谢速度较慢,就积贮起大量高粘性的多糖类物质。
这些多糖类物质的积贮,使活性污泥的表面附着水大大增加,使污泥的SVI值很高,形成膨胀污泥。
在运行中,如发生污泥膨胀,可针对膨胀的类型和丝状菌的特征,采取以下的一些抑制措施:
一、控制暴气量,使暴气池中保持适量的溶解氧(不低于1-2mg/l,不超过4mg/l)
二、调整PH值
三、如氮、磷的比例失调,可适量投加氮化合物和磷化合物
四、投加一些化学药剂(如铁盐凝聚剂、有机阳离子凝聚剂,某些黄泥等惰性物质以及漂白粉、液氯等)但投加药剂费用较贵,停止加药后又恢复膨胀,而且并不是对各类膨胀都有效的
五、城市污水厂的污水在经过沉沙池后,跳跃初沉池,直接进入曝气池。
3.污泥膨胀问题
是活性污泥自产生以来一直伴随并常常发生的一个棘手的问题。
其主要特征是:
污泥结构松散,质量变轻,沉淀压缩性能差;SV值增大,有时达到90%,SVI达到300以上;大量污泥流失,出水浑浊;二次沉淀难以固液分离,回流污泥浓度低,有时还伴随大量的泡沫的产生,无法维持生化处理的正常工作。
污泥膨胀是生化处理系统较为严重的异常现象之一,它直接影响出水水质,并危害整个生化系统的运作。
污泥膨胀的发生率是相当高的,在欧洲近50%的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀发生,在我国的发生率也非常高。
基本上目前各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀。
污泥膨胀不但发生率高,发生普遍,而且一旦发生难以控制,通常都需要很长的时间来调整。
针对污泥膨胀,各方面的理论很多,但并不完全一致,甚至有很多相互矛盾,这给水处理工作者造成很大的麻烦。
本文将从污泥膨胀的内在因素着手,整理出几种较为成熟且有普遍意义的观点,并归纳一下污泥膨胀控制的一般方法。
1、污泥膨胀的原因
污泥膨胀分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。
非丝状菌膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷太高的时候,此时细菌吸附了大量有机物,来不及代谢,在胞外积贮大量高粘性的多糖物质,使得表面附着物大量增加,很难沉淀压缩。
而当氮严重缺乏时,也有可产生膨胀现象。
因为若缺氮,微生物便于工作不能充分利用碳源合成细胞物质,过量的碳源将被转弯为多糖类胞外贮存物,这种贮存物是高度亲水型化合物,易形成结合水,从而影响污泥的沉降性能,产生高粘性的污泥膨胀。
非丝状菌污泥膨胀发生时其生化处理效能仍较高,出水也还比较清澈,污泥镜检也看不到丝状菌。
非丝状菌膨胀发生情况较少,且危害并不十分严重,在这里就不着重研究。
丝状菌膨胀在日常实际工作中较为常见,成因也十分复杂。
影响丝状菌污泥膨胀的因素有很多,但我们首先应该认识到的是活性污泥是一个混合培养系统,其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。
而丝状菌在与活性胶团系统共生的关系中是不可缺少的一类重要微生物。
它的存在对净化污水起着很好的作用。
它对保持污泥的絮体结构,保持生化处理的净化效率,及在沉淀中起着对悬浮物的过滤作用等都有很重要的意义。
事实也证明在丝状菌与菌胶团细菌平衡时是不会产生污泥膨胀,只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时,才会出现污泥膨胀现象。
1、污泥负荷对污泥膨胀的影响
一般认为活性污泥中的微生物的增长都是符合Monod方程的:
式中X----生物体浓度,mg/L;
S----生长限制性基质浓度,mg/L;
μ----生长限制性基质浓度,mg/L;
KS-----饱和常数,其值为μ=μmax/2时的基质浓度,mg/L;
μmax-----在饱和浓度中微生物的最大比增长速率,d-1
研究证明大多数的丝状菌的KS和μmax值比菌胶团的低,所以,按照以上Mond方程,具有低KS和μmax值的丝状菌在低基质浓度条件下具有高的增长速率,而具有较高KS和μmax值的菌胶团在高基质浓度条件下才占优势。
同样认为低负荷对于丝状菌生长有利的理论还有表面积/容积比(A/V)假说。
这里的表面积和容积,是指活性污泥中微生物的表面积与体积。
该假说认为伸展于絮凝体之外的丝状菌的比表面积(A/V)要大大超过菌胶团细菌的比表面积。
当微生物处于受基质限制和控制的状态时,比表面积大的丝状菌在取得底物方面要比菌胶团有利,结果在曝气池内丝状菌就变成了优势菌。
低负荷易导致污泥膨胀这一观点无论是在实际运行中还是在理论上都有了较为成熟的解释。
但在我国,通常生化反应的负荷设计都是较高的,的大量污泥膨胀却是在高负荷条件下发生的,这引起了人们对该理论的怀疑。
事实上,在高负荷条件下的污泥膨胀往往是由于供氧不足、曝气池内DO浓度降低引起的。
我们下面就针对溶解氧DO对于污泥膨胀的影响。
2、溶解氧浓度对污泥膨胀的影响
微生物对有机物的降解过程实质上就是对氧的利用过程。
溶解氧在活性污泥法的运行中是一个重要的控制参数,曝气池中DO浓度的高低直接影响着有机物的去除效率和活性污泥的生长。
低DO浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。
丝状菌由于具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数,在低DO浓度下比絮状菌增殖得快,从而导致丝状菌污泥膨胀。
根据各方面的研究反应,DO对于污泥膨胀影响的的临界值并不确定。
DO浓度的要求是与污泥负荷息息相关的,负荷越高,则对应的临界值就越大。
这一值的确定与工艺选择、池型及进水类型都有着密切关系,必须根据实际情况结合实验才可以得出。
3、其它方面对污泥膨胀的影响
1)污水种类
污水种类对污泥膨胀有着明显的影响。
通常来说,那些含有易生物降解和溶解的有机成份,特别是低分子量的烃类、糖类和有机酸类等类型基质的污水易引起污泥膨胀,例如酿酒、乳品、石化和造纸废水等。
2)营养成分的不3)均衡
当污水中N、P不足时,易引起污泥膨胀的发生。
通宵认为,N、P的合适比例为BOD5:
N:
P=100:
5:
1。
很多研究表明许多丝状菌对营养物质N、P有着较强的亲和力,这可能就是缺乏营养物质导致污泥膨胀的原因。
4)pH值与温度
一般认为pH偏低易引起丝状菌的大量繁殖。
而温度的对丝状菌的影响也是很普遍的。
例如,冬天Microthixparvicella在丝状菌群中占优势,而温暖季节时Nocardiaform,0041型或Nostocoidalimnicda较易大量繁殖。
另外污水在进水处理系统前的早期厌氧消化产生的有机酸和硫化氢也可能导致污泥膨胀的发生。
硫磺菌的的贝氏硫菌、硫丝菌等能从硫化氢氧化中获取能量。
而这么细菌以非常长的丝状性增殖,有时能长达1厘米,从而导致污泥膨胀的发生。
2、污泥膨胀的一般解决办法
第一类:
应急措施
适用于临时应急,主要方法是投加药物增强污泥沉降性能或是直接杀死丝状菌。
投加铁盐铝盐等混凝剂可以直接提高污泥的压密性保证沉淀出水。
另外,投加一些化学药剂,如氯气,加在回流污泥中也可以达到消除污泥膨胀现象。
投加过氧化氢和臭氧也可以起到破坏丝状菌的效果。
采用这种方法一般能较快降低SVI值,但这些方法并没有从根本上控制丝状菌的繁殖,一旦停止加药,污泥膨胀现象可以又会卷土重来。
而且投药有可能破坏生化系统的微生物生长环境,导致处理效果降低,所以,这种办法只能做为临时应急时用。
第二类:
改善生化环境
污水厂发生污泥膨胀的时候,一般无法从工艺流程、池型和曝气方式的改变来解决,只能在正在运行的流程基础上通过改变生化池内的微生物生长环境来抑制或消除丝状菌的过度繁殖。
在不同的工艺和水质的情况下,很难有一个放之四海而皆准的解决方案。
但生化工艺常遇见的几种应该注意的问题必须加以注意。
1)污水性质的控制
首先应该检查和调整pH值,当pH值低于5以下时,不仅对污泥膨胀会有利,而且对正常的生化反应也会有一定的危害,所以当pH值偏低时应及时调整。
另外在北方寒冷地区一定应注意冬季时的水温,若水温偏低应加热,因为低温也会导致污泥膨胀的发生。
采用鼓风曝气能有效的在冬季较高的水温。
当污水中营养成份不足或失衡时,应补充投加。
N、P含量应控制在BOD:
N:
P=100:
5:
1左右。
若污水处理生化系统前已有消化现象的发生,产生的低分子有机酸将有利于丝状菌的生长,这时可以对废水在调节池内预曝气来加以改善。
一般采用空气扩散器向3-5米有效水深的调节池曝气,供气量可以控制在0.5-1.0m3/废水米3·小时。
它能使调节池的废水保持新鲜,并有效防止由于厌氧所会带来的臭气。
2)保持池内足够的溶解氧对于高负荷的生化系统特别重要,3)一般至少应控制DO>2毫克/L。
4)沉淀池内的污泥应及时排出或回流,5)防止其发生厌氧现象。
若发生厌氧现象,6)产生的各种气体吸附在污泥上,7)也会使污泥上浮,8)沉降性能变差。
而9)且发生厌氧的污泥回流也会引发丝状菌的大量繁殖。
这种情况时除排泥和清除沉淀池内的死角,10)并缩短污泥在池内的停留时间外,11)还应提高曝气池DO值,12)使出入沉淀池的水保持较的溶解氧,13)或者在污泥回流进入生化池前曝气再生。
如左图所示。
在解决了以上问题后,如果污泥膨胀现象仍得不到控制,就得根据实际情况加以分析,下面针对几中常见的工艺提出一些指导性的方法,供污水处理工作者参考。
A.高负荷活性污泥工艺
目前国内对活性污泥工艺的设计通常采用中等负荷(0.3KgBOD5/(kgMLSS·d)),而在实际中人们从经济角度考虑总是采用较高的负荷,所以高负荷下的污泥膨胀在中国具体较为广泛的意义。
在高负荷情况下,最常见的是DO不足,所以先采取提高气水比,强化曝气,在推流式曝气池内首端采用射流曝气等方式,观察一段时间,找出问题的所在。
如果在以上措施采取后一段时间情况仍无好转,则可考虑在曝气池头部加设软填料。
这一部份对于有机酸去除率很高,从而去除丝状菌的生长促进因素,帮助絮状菌生长。
这个方法比较有效,但造价较高,且对以后的维修管理造成不便。
或者在曝气池前设置一个水力停留时间约为15min的选择器,一般能很有效的抑制丝状菌的生长。
对于间歇式进水的SBR工艺来说,反应器本身是完全混合式的,而且在时间上其污染物的基质就存在浓度梯度,所以无需再另设选择器。
通常间歇式SBR工艺产生污泥膨胀的原因是,污泥浓度过高,而进水有机物浓度偏低或水量偏小而导致污泥负荷偏低。
对于这种情况,降低排出比,提高基质初始浓度,并对SBR强制排泥,一般就能够对污泥膨胀现象进行有效的控制。
而对于连续进水的SBR如ICEAS和CASS等工艺如果发生污泥膨胀的话,就有必要在进水端设置一个预反应区或生物反应器了。
B.低负荷活性污泥工艺
低负荷活性污泥工艺曝气池内基质浓度较低,丝状菌容易获得较高的增长效率,所以是最容易产生污泥膨胀。
除了在水质和曝气上想办法外,最根本和有效的是将曝气池分成多格且以推流方式运行,或增设一个分格设置的小型预曝气池作为生物选择器,在这个选择器内采用高污泥负荷,吸附部分有机物并消除有机酸。
这个办法不但有助于抑制污泥膨胀,并能有效的改善生化处理效果。
在曝气池内增加填料的方法也同样在低负荷完全混合工艺中适用。
对于A/O和A2/O工艺可通过在在好氧段前设置缺氧段和厌氧段以及污泥回流系统,使混合菌群交替处于缺氧和好氧状态,并使有机物浓度发生周期性变化,这既控制了污泥膨胀又改善了污泥的沉降性能。
而交替工作式氧化沟和UNITANK工艺等连续进水的系统因为其本身在时间和空间上就有了实际上的“选择器”,所以对污泥膨胀有着效强的控制能力。
如果这两种工艺发生污泥膨胀,则可通过调整曝气控制溶氧量和控制回流污泥量来调节池内的污泥负荷及DO,通过一段时间的改善,一般能够控制住污泥膨胀现象。
3、总结
总的来说,污泥膨胀由于丝状菌的种类繁多,且生长适宜的环境也不尽相同。
在不同工艺不同水质的情况下,微生物的生长环境非常微妙,这就要求发生污泥膨胀时,需要水处理工作者根据实际情况作大量切实的实验和分析,大胆实践,才能解决污泥膨胀问题。
这里对本文观点作一个总结。
丝状菌是生长处理微生物中不可缺少的一部份。
污泥膨胀现象在于丝状菌的过度生长,消除污泥膨胀的根本在于使丝状菌与活性污泥菌胶团平衡生长;完全混合式较推流式更产生污泥膨胀,低污泥负荷较高污泥负荷易易产生污泥膨胀;进水水质在水温、pH、营养成份及是否有处理前的消化反应等方面是处理污泥膨胀应该首先考察的问题;高负荷下的污泥膨胀一般在于溶氧不足;低负荷下的污泥膨胀采用生物选择器是行之有效的办法。
由于丝状菌的多样性,关于污泥膨胀的理论解释和实际报道仍有很多不尽一致,大胆实践不断总结并和同行广泛交流,才能更快找到行之有效地解决方法。
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