（环境工程专业论文）活性污泥膨胀的影响因素与控制研究.pdf

太原理1 人学硕十研究，七学伊论文 活性污泥膨胀的影响因素与控制研究 摘要 活性污泥法是一种有效且极具发展潜力的污水处理技术，但是，不论 哪一种改进的活性污泥工艺，污泥膨胀现象是从活性污泥问世以来在运 行管理中一直困扰人们的难题之一。由于产生污泥膨胀的原因是错综复 杂的，虽然这方面的研究已经取得了很大的成果，但是这些成果只是一 ， 些分散的结果，没有形成一个完整的体系，而且现在关于d o 、有机负荷、 营养物质平衡等因素与污泥膨胀的关系的研究结果仍然比较混乱。 本实验的目的在于寻找和验证发生污泥膨胀的运行环境和条件，在 实验过程中不断地改变运行的状态来诱发污泥膨胀的发生，然后通过恢 复到原状态来控制污泥膨胀。本实验采用s b r i 艺，人工配水作为废水营 养物质，反应器为两个大小、容积一致的圆柱体有机玻璃容器。通过改 变a 池状态诱发其污泥膨胀，而b 池保持原状态，作为参照池。通过对比 实验得出主要结论如下： 1 污泥负荷是设计活性污泥反应池和控制其运行的重要指标，同时 也是影响污泥膨胀的重要因素之一，而污泥易在低负荷下发生膨胀现象。 2 导致污泥膨胀的d o 浓度并不是固定的，而与活性污泥的有机负荷 i 有关，不同有机负荷对d o 浓度的要求不同。 太原理_ 亡人学硕七研究生学位论文 3 营养物质n 、p 缺乏很有可能引起污泥膨胀，但发生膨胀的时间 还和进水负荷有着直接关系。在负荷较低，n 、p 不是极端缺乏的情况下， ，污泥立即发生膨胀的可能性就小，发生污泥膨胀的所需的时间长。但是 在进水负荷较高的情况下，尤其是n 、p 极度缺乏的情况下，特别容易很 快地就发生污泥膨胀。， ， ， ，4 通常情况下当曝气池p h 值为6 5 8 0 时，可以得到沉降眭能良好 的污泥，一般认为，当p h 值低于6 0 时，丝状菌就会变为优势菌属。本 实验对a 池进水p h 值调整为6 0 、5 0 时a 池s v i 值并没有太明显的变 i，、 化，而降低至4 0 时，a 池s v i 值迅速上升，污泥体积增大，结构松散，。 一 一 发生了污泥膨胀现象。 5 丝状菌的增殖是诱发污泥膨胀的根本原因，丝状菌在低负荷、低 d o 、低温条件和菌胶团的竞争中都具有优势，活性污泥法在上述任何一 个条件都会为丝状菌生长提供有利的环境使其大量增殖而产生污泥膨 胀，影响出水水质。但是丝状菌也是活性污泥系统中不可缺少的重要微 生物之一，它可以保持污泥絮体具有良好的沉降性能，保持高的净化效 率，降低出水悬浮物浓度，提高出水水质。若没有丝状菌细丝的架桥联。 接作用，同样也会导致污泥絮体的沉降性能恶化，所以，丝状菌对于高 效、稳定地净化污水起着重要作用，如何保持活性污泥系统中絮凝菌和 丝状菌数量关系对出水水质具有很大影响。 ， e 关键词：污泥膨胀，活性污泥法，丝状茵，絮凝菌 太原理f 人学硕士研究生学位论文 s t u d yo nt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa n d c o n t r o l0 ft h ea c t l v a t e ds l u d g eb u l k i n g a b s t r a c t a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si se f f e c t i v ea n dp r o m i s i n gw a s t e w a t e rt r e a t i n g t e c h n o l o g y h o w e v e r , n om a t t e rw h i c hi m p r o v e da c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ， s l u d g eb u l k i n gi so n eo ft h em a i np r o b l e m sh a r dt ob es o l v e di no p e r a t i o na n d m a n a g e m e n to fa c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s ss i n c ei ta p p e a r e d a l t h o u g hm a n y a c h i e v e m e n t sh a v eb e e nm a d e ，t h e ya l w a y ss e e md i v e r s ea n di n d e p e n d e n t f r o me a c ho t h e ra n dh a v en o tc o m ei n t oa ni n t e g r a ls y s t e m f u r t h e r m o r e ，t h e r e s u l t so nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef a c t o r ss u c ha sd o 、o r g a n i cl o a d 、 b a l a n c eo fn u t r i e n tf l u i da n ds l u d g eb u l k i n ga r es t i l lc o n f u s i n g t h ep u r p o s eo ft h ee x p e r i m e n ti st ol o o kf o ra n dc o n f i r mt h er u n n i n g e n v i r o n m e n t sa n dc o n d i t i o n so ft h ec a u s eo fs l u d g eb u l k i n g s l u d g eb u l k i n gi s i n d u c e dd e v e l o p i n ga n dt h e nc o n t r o l l e dt oo r i g i n a ls t a t u sa r t i f i c i a l l yb yt h e c h a n g i n ge n v i r o n m e n t t h i se x p e r i m e n ta d o p t ss b rt e c h n i ca n dr u n sw i t h a r t i f i c i a lw a s t e w a t e ra st h ec u l t u r e t w oc y l i n d e rv e s s e l sm a d eb yo r g a n i c g l a s sh a v et h ee x a c t l ys a m ev o l u m ea n ds h a p e t oi n d u c es l u d g eb u l k i n gi n t h eav e s s e lb yc h a n g i n gi t sc o n d i t i o n sw h i l ek e e pt h ec o n d i t i o no fbv e s s e l i i i 太原理 人学硕士研究生学位论文 c o n s t a n tf o rt h es a k eo fc o n t r a s t w ec a nd r a wt h ec o n c l u s i o n sa tt h ee n do f e x p e r i m e n ta sf o l l o w s ： 1 s l u d g el o a di st h ei m p o r t a n td a t ai n t h ep r o c e s so fd e s i g n i n ga n d 。 舻 r u n n i n ga c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r s ，i ti s a l s oo n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r st h a t 0， c o u l dr e s u l ti ns l u d g eb u l k i n g w h e nt h es l u d g el o a di sl o w , t h ep r o b a b i l i t yo f s l u d g eb u l k i n gi sh i g h 2 d oc o n c e n t r a t i o nt h a tr e s u l ti ns l u d g eb u l k i n gi sn o ta l w a y sf i x e d ，b u t b ， h a v er e l a t i o n sw i t ho r g a n i cl o a d d i f f e r e n to r g a n i cl o a d sn e e dd i f f e r e n t d e m a n do fd oc o n c e n t r a t i o n 3 t h el a c ko fn u t r i e n ts u b s t a n c es u c ha sn 、pw i l lp r o b a b l yl e a dt os l u d g e b u l k i n g ，b u tt h es p e c i f i ct i m ew h e ni th a p p e n sh a sd i r e c tr e l a t i o n s h i p w i t h i n f l u e n tl o a d i fl o a di sl o w , a n dn 、pa r en o to v e r l ys c a r c e ，t h ep r o b a b i l i t yo f s l u d g eb u l k i n gi m m e d i a t e l yi sl o w , a n dt h et i m es p a nf o rs l u d g et ob u l ki s ，“ i 。 1 0 n g h o w e v e r , w h e nh e a v i l yl o a d e d ，e s p e c i a l l yi ns h o r t a g e o fn 、pe x t r e m e l y , i ti sm u c he a s i e rt ol e a dt os l u d g eb u l k i n g 4 g e n e r a l l ys p e a k i n g ，s l u d g eo f b e t t e rs e t t l ea b i l i t yc o u l db eg r o w nw h e n t h er e a c t o rh a st h ep hv a l u eo f6 5t o8 0 i ti sw i d e l ya c c e p t e dt h a t 一 一 一一 一一 f i l a m e n t o u sc o l o n yw o u l db e c o m ed o m i n a n tw h e nm ep hv a l u ei sb e l o w6 0 ， r n l es v iv a l u ei na r e a c t o rh a sn o to b v i o u sf l u c t u a t i o nw h e np hi sa d j u s t e dt o 6 0 、5 0 ，b u tj u m p sh i g l lw h e np hd e c e a s e db e l o w4 0 n es l u d g e ss t r u c t u r e i v 太原理t 大学硕士研究生学位论文 b e c o m e si n c o m p a c ta n de x p a n d i n ga n ds l u d g eb u l k i n gi sg e n e r a t e df i n a l l y 5 t h ep r o l i f e r a t i o no ff i l a m e n t o u sc o l o n yi st h eb a s i cr e a s o nf o rs l u d g e b u l k i n g w h e nt h e l o a d 、d oc o n c e n t r a t i o na n d t e m p e r a t u r e a r e l o w , f i l a m e n t o u sc o l o n yw o u l db e c o m ed o m i n a n tw h e nc o m p e t i n gw i t hz o o g l o e a u n d e ra n yc o n d i t i o nm e n t i o n e da b o v e ，a c t i v a t e ds l u d g es y s t e mw i l lc r e a t e f a v o r a b l ee n v i r o n m e n tf o rf i l a m e n t o u sc o l o n yt oq u i c k l yp r o l i f e r a t ea n dt h e n r e s u l ti ns l u d g eb u l k i n ga n dm a k ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t yw o r s e n e v e r t h e l e s s ， t h ef i l a m e n t o u sc o l o n yi so n eo ft h ee s s e n t i a lm i c r o o r g a n i s m si nt h eo p e r a t i o n o fa c t i v a t i n gs l u d g es y s t e m b e c a u s ei tc o u l dm a i n t a i nb e t t e rs e t t l ea b i l i t ya n d h i g l ip u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yo ft h es l u d g ea n dr e d u c es sc o n c e n t r a t i o nt o i m p r o v ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t y t h es l u d g e ss e t t l ea b i l i t yw i l lb ed e t e r i o r a t e d e i t h e rw i t h o u tt h el i n k i n ga c t i o no ft h ef i l a m e n t o u sc o l o n y a sar e s u l t ， f i l a m e n t o u sc o l o n yh a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ep r o c e s so fp u r i f y i n gs e w a g e e f f e c t i v e l ya n ds t e a d i l y ，h o wt ok e e pt h eq u a n t i t yr a t i or e l a t i o no fz o o g l o e a ， a n df i l a m e n t o u sc o l o n yh a sg r e a ti n f l u e n c eo nt h ee f f l u e n tw a t e rq u a l i t yi nt h e a c t i v a t e ds l u d g es y s t e m k e y w o r d s ：s l u d g eb u l k i n g ，a c t i v a t es l u d g es y s t e m ， f i l a m e n t o u sc o l o n y , z o o g l o e a v 太腺理l 人学硕士研究生学位论文 符号说明 论文中出现的主要符号及其对应中文含义列于下表中，以供参阅。其它符号在 论文中的出现处均有说明。 符号对应表 t h ec o r r e s p o n d i n gm e a n n i n g so ft h cs i g n s 符号中文含义备注 b o d五日生化需氧量 也写作b o d s 单位：m g l c o d 化学需氧量单位：m g i l d o 溶解氧 单位：m g l t 温度单位： p hp f i 值 无量纲 c碳 单位：m g l n 氮 单位：m g l n h 3 一n氨氮 单位：m g l p磷 单位：m g l m 1 5 s悬浮混合液固体浓度( 污泥浓度) 单位：m g l s 污泥容积指数 单位：m i j g 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体。均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：幽日期：丝2 五! ! ，l 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签 名：之互垒刍 日期： 丝! 兰：! ! ! z 导师签名：亟纽日期：坐生：兰1 z 太原理上大学硕士研究生学位论文 1 1 活性污泥法概述 第一章概论 活性污泥法是一种应用广泛且具有发展潜力的污水处理技术。活性污泥法自 1 9 1 4 年在英国曼彻斯特建成实验厂开创以来，已有九十多年的历史。随着在生产上 的应用和不断发展，特别是近几十年来，在对其生物反应和净化机理进行广泛深入研 究的基础上，活性污泥法得到了较大的发展，出现了各种工艺流程1 1 1 ，如a b 法、 a 2 o 法，氧化沟和s b r 等，扩大了其适应范围。活性污泥工艺由于其出水水质好， 工艺比较稳妥可靠，而且人们在长期实践中，在设计和运行管理等方面也积累了丰富 的经验，因此，活性污泥得到了广泛的应用。长期以来，它是各种废水，特别是城市 污水处理工艺的主流。据有关资料报道，美国目前有9 0 0 0 余座活性污泥法污水处理 厂，其服务人口超过1 3 4 亿，日处理水量约9 0 ，8 4 0 ，0 0 0 m 3 。在我国，活性污泥法也是 主要的污水处理工艺，在已建成的污水处理厂中，采用活性污泥法工艺的占6 0 以上。 因为活性污泥法具有一系列明显的优点，而且其工作流程也不断有所改进和创 新，使其适用的范围更加广泛。活性污泥法能有效地处理城市污水和各种有机废水； 由于有多种不同的运行方式，能在较大的负荷范围内工作，表现出良好的灵活性；作 为一种典型的污水二级处理工艺，能以比较合理的费用达到相当高的出水水质要求。 因而，活性污泥法在应用方面有着广阔的前景。 1 2 活性污泥法在应用中存在的主要问题 z l 实践经验的积累和研究工作的深入大大推动了活性污泥法的发展，虽然活性污泥 法有着众多的优点，而且其工艺流程也不断地有所改进和创新，但在应用中，与任何 太原理i 亡大学硕十研究生学位论文 事物一样，不可避免的存在缺陷。最早出现的传统活性污泥法，采用的是推流式曝气 池，曝气池呈狭长状，进水严格按照推流式前进，进入曝气池的污水，其有机物浓度 随时间或池长方向逐渐降低。这里以传统的活性污泥法为例，归纳一下活性污泥法在 应用中存在的问题。 1 活性污泥法耐冲击负荷的能力较低，即当进水的水质水量急剧变化的时候， 适应性较差。如处理季节怀旅游地区的生活污水；时间或季节性作业的工作废水；以 及处理水量极小的生活污水等。而且当进水中的重金属或其它有毒物质的浓度突然升 高时，工艺的处理效率会大大降低，甚至可以完全瘫痪。 2 污泥的产量大，在去除的c o d 中，大约5 0 转换为污泥；另外，污水中的 悬浮物也基本转变为污泥。由于剩余污泥的浓缩性能较差，含水率降到9 8 以下是困 难的，一般仅为9 9 左右；污泥处理和处置的费用较高。大量污泥的产生使得污水处 理厂整体的运行费用增加。 3 常规活性污泥法对n 、p 的去除率非常低，一般只有2 0 4 0 左右。为了提高 对n 、p 的去除率，往往要增加若干处理单元，且工艺流程复杂，增加了运行的控制 难度。 4 活性污泥法污水处理厂的运行操作较为复杂，管理过程中专业水平的要求较 高。在对活性污泥法的规律缺乏足够的认识和掌握的条件下，就会影响系统功能的发 挥和运行效果。该问题在小型的污水厂或污水站，缺乏高水平的专业技术与管理人员 的场合尤为突出。 5 基建投资和动力消耗大。连续流系统由于包含曝气池、二沉池，污泥回流系 统等构筑物和设备，一次性投资较大；用于污泥回流及解决曝气不均的设备和电费相 当高。 6 由于污水水质水量的实际情况是不断变化的，因此污水厂在设计过程中要考 虑这些变化，而且还要考虑将来的发展变化情况，往往使得污水厂的规模远远超过目 前的处理能力，使得污水厂处于低效能的运行中，造成资金的浪费。而当社会、经济 飞速发展、处理水量迅速猛增之时，原有的污水厂由于受条件的限制而不能适应这种 情况而处于高负荷状态运行中，导致出水水质不达标或部分废水得不到处理。 2 太原理r 人学硕十研究生学位论文 表1 - 1 为关于活性污泥法、生物膜法和厌氧处理法的性能比较。 表1 1 詹性污尼法、生物膜法厌氧处理去性能比较 c h a r t l 一1c h a r a c t e r i s t i c c o m p a r i s o n o f a c t i v a t e ds l u d g e b i o m e m b r a n c ea n da n a e r o b i cs y s t e m 7 污泥膨胀是活性污泥法最主要的弊端，它阻碍了固液的正常分离，使出水水 质恶化，严重影响了污水处理工艺的正常运行。这一问题正是本论文的研究重点。 以上的总结是以传统的活性污泥法为中心在其应用过程中存在的问题，需要从工 艺和运行控制方面来加以解决。为此，国内外污水处理的研究人员进行了大量的研究， 取得了丰硕的成就。 1 3 间歇式活性污泥工艺 1 3 1 发展过程 - 间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r , 简称s b r ) 又称为序批式活性污泥 3 太原理_ 人学硕士研究生学位论文 法，是一种不同于传统活性污泥法的废水处理工艺。追溯s b r 工艺的来源，发现它 并非一种新型的，前所未有的工艺，而是活性污泥法初创时期充排式反应器 ( f i l l a n d d r a wr e a c t o r ) 的一种改进模型。而充排式作为该工艺的最初形式，比连续 流活性污泥法产生还要早，主要用于间歇排放的工厂或农村的污水处理，它具有工艺 简单、运行稳定等优点。1 9 1 4 年英国的a r d e n 和l o k e t t 首创活性污泥法时采用的就 是间歇法。2 0 世纪2 0 年代末，随着工业化的迅猛发展和城市化进程的加快，生活污 水和工业废水排放量剧增，采用充排式污水处理系统常需要多个反应池交替运行，当 时的自动控制技术和设备还比较落后，进水、曝气、沉淀、排水等操作都依靠人工完 成，运行操作十分烦琐；而且由于沉淀时绝对静止，曝气设备易于被堵塞。同时人们 还没有认识到其独特的优越性，在连续式活性污泥法出现之后，很快将其取代，占据 了主导地位。 为了解决连续式活性污泥法( c o n t i n u o u sa c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r , c a s ) 所固有 的一些问题，美国n a t r ed a m e 大学的r o b e r ti r v i n e 教授于1 9 7 9 年发表了第一篇关 于采用s b r 工艺进行污水处理的论著【3 1 。1 9 5 5 年，h o o v e r 和p o r g e s 用s b r 法处理 牛奶废水取得成功。i r v i n e 等人对s b r 和连续流系统的特性通过比较实验和研究，认 为s b r 可以作为连续流系统的一种较好的替代工艺1 4 1 。其后日本、澳大利亚等国七 十年代后，都对该工艺进行了应用研究，并对其优点和应用前景作了充分的肯定。自 从出现了不易堵塞的曝气器和浮动式出水堰( 滗水器、撇水器) ，监控技术的自动化 程度也大幅度提高，使s b r 工艺的优势得到充分发挥，并迅速应用于工程实践。1 9 8 0 年在美国国家环保局的资助下，印第安纳州c u l v e r 城投建了世界上第一个s b r 工艺 的污水处理厂，而日本是世界上拥有实际运行s b r 装置最多的国家。在澳大利亚， 公用事业部引入s b r 工艺用于城市污水处理，s b r 法已成为城市污水处理的主导工 艺。我国自1 9 8 5 年在上海建成首座处理肉类加工污水的s b r 系统后，陆续在城市污 水及工业废水处理领域得以推广应用，同时，在全国也掀起了研究s b r 的热潮。 1 3 2 工作原理 ， 序批式活性污泥法的核心是其反应池，该池集水质均化、初次沉淀、生物降解、 4 太原理i 大学硕十研究生学位论文 二次沉淀等功能于一体，整个工艺简洁，运行操作可通过自动控制装置完成，管理简 单，投资较省。序批式活性污泥法中“序批式”包括两层含义：一是运行操作在空间 上按序列、间歇的方式进行，山丁污水人都足连续或半连续排放，处理系统至少需要 2 个或多个反应器交替运行，因此，从总体上污水足按顺序依次进入每个反应器，而 各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是问 歇进水和间歇排水；二是每个反应器的运行操作分阶段、按时间顺序进行，典型的 s b r 工艺的一个完整运行周期由五个阶段组成，即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、 排水阶段和闲置阶段，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。 进水阶段是反应池在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到了调节和均质的作 用，此阶段可曝气或不曝气。反应阶段是停止进水后的生化反应过程，根据需要可以 在好氧或缺氧条件下进行，也可在两种条件下交替进行，但一般以好氧为主。沉淀阶 段停止曝气，进行泥水分离。经过一定时间的沉淀，进入排水阶段，利用排水装置将 童清液排出反应池。排水结束到第二次进水的时间间隔为闲置阶段，这一阶段曝气或 不曝气均可，此时通常不进水，而是通过内源呼吸作用使微生物的代谢速度和吸附能 力得到恢复，为下一个运行周期创造良好的初始条件。在每一个运行周期内，各阶段 的运行参数都可以根据污水水质和出水指标进行调整，并且可根据实际情况省去其中 的某一阶段( 如闲置阶段) ，还可以把反应期与进水期合并，或在进水阶段同时曝气 等，系统的运行方式十分灵活。 1 3 3 工艺特点 一 s b r 适合当前好氧生化处理工艺的发展趋势，属简易、高效、低耗的污水处理 工艺，由于其运行方式的特殊性，使其具有一些其他工艺无法比拟的优点，日益受到 重视，并得以广泛地应用。它有几个显著的优点： 1 工艺流程简单，节省费用 无论从运行方面还是基建方面，与其他工艺相比，费用的节省相当可观。s b r 的主体只有一个反应器，它将进水、曝气、静沉、排水等功能集于一体，因此构筑物 的布置比较紧凑，节省了大量的占地面积。k e t c h u m 等人的统计结果表明，采用s b r 5 太原理【人学硕十研究生学位论文 法处理小城镇污水，要比常规的活性污泥法节省基建投资3 0 左右f 卯。 2 生化反应推动力大、速度快、效率高 由于其运行状态是典型的非稳定状态，虽然在反应器中的混合液呈完全混合状 j 态，但由于其底物与微生物浓度的变化在时间上是一个推流过程，底物降解速率随着 时间的变化而变化，在反应的初始阶段，反应的推动力较大，故其反应过程呈现出理 想的推流状态。据报道，s b r 法活性污泥中r n a 含量高于普通活性污泥法的3 4 倍， 这也是s b r 法反应速率快的一个重要原因。 3 运行操作灵活 根据水质、水量的变化，通过改变运行方式，如调节各个阶段的时间，改变进水 方式，调整运行顺序等方式来实现不同的功能。在反应阶段采用好氧厌氧交替的运 行方式可以达到脱氮除磷的目的1 6 1 。， 4 能有效地防止污泥膨胀 对于防止污泥膨胀的出现，与其他的活性污泥工艺相比，有着较大的优势。s b r 法底物浓度梯度大，反应初期底物浓度较高，有利于絮体形成菌迅速生长而占优势， 从而可以抑制丝状菌的过分增殖。， 5 耐冲击负荷的能力也较其他的工艺好 s b r 在进水阶段对水质起到了均化作用，能降低冲击负荷对污水处理系统的冲 击。但是，s b r 由于其体积的限制而阻碍了其在对大水量污水处理的应用。 由于具有以上诸多优点，s b r 近年来在我国得到了较广泛的应用。但它也有不 足之处，如在实际工作中，废水排放规律与s b r 间歇进水的要求存在不匹配问题， 特别是水量较大时，需多套反应池并联运行，增加了系统的复杂性。因此，连续进水 间断排水的改进型间歇式活性污泥法在s b r 技术的基础上得到了发展。 6 太原理一 大学硕士研究生学位论文 第二章污泥膨胀的研究现状 2 1 污泥膨胀的定义及特点 目前，我国约有6 0 的城市污水处理厂和大部分工业废水处理厂采用活性污泥法 生物处理工艺。废水生物处理是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中有机物进行降 解或转化的方法。生物处理的主要作用者是微生物，因此保持近可能多的微生物是废 水生物处理的关键。这些微生物存在于活性污泥的絮凝体中。微生物必须以密实的絮 凝体形式存在，以便与净化了的废水分离。当活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，出水 出现了混浊，此现象被称为活性污泥膨胀【_ ”。而污泥膨胀现象是从活性污泥问世以来 在运行管理中一直困扰人们的难题之一 雾活性污泥沉降性能的好坏，将直接关系到污水厂的处理效果。尤其随着城市污水 处理厂中工业废水量的增多，越来越多的城市污水处理厂出现污泥膨胀问题，而发生 污泥膨胀时一般表现出三个特点： ，： 1 发生率高欧洲各国约有5 0 、美国约有6 0 的城市污水处理厂每年都发生污 泥膨胀。自从污水处理厂的设计者将a r d e n 和l o c k c t t 的间歇反应池变成连续式之时起， 就一直存在污泥膨胀的问题 s l 。在荷兰4 0 - 5 0 的城市污水厂有膨胀问题，在处理食品 工业的废水时，污泥膨胀发生率更高，在氧化沟处理各类污水时，有5 0 氧化沟也面 临着污泥膨胀的问题i 们。德国斯图加特大学调查了3 1 5 个活性污泥处理厂，发现有4 5 的水厂有丝状菌过度生长的情况。在1 0 8 个城市污水厂中有2 7 的污水厂的s v l 值，在 一年中有半年以上的时间高于1 5 0 m l - g 。在英国调查了6 5 了污水处理厂，其中2 7 个厂 的年平均s v i 值高- 于2 0 0 m 1 g ，有3 4 个厂的出水悬浮物超标。在所有的处理厂中，有 4 1 个或者存在s v i 平均值高于2 0 0 m l g ，或者有悬浮物的严重超标或两者兼而有之。 在美国有5 0 的污水处理厂由于出水悬浮物高，使处理厂达不到出水标准，另外有 太原理丁大学硕士研究生学位论文 3 3 的污水厂b o d 达不到排放标准。在我国上海，几乎所有的城市污水处理厂和一些 工业废水处理厂都存在一定程度的丝状菌膨胀问题。参考世界各国对污泥膨胀的研 究，可知有很多污水处理厂遇到了这类令人烦恼的现象【1 0 l 。 2 普遍性在活性污泥的各种类型上，都存在污泥膨胀的问题。在法国，8 0 左 右的污水处理设施采用活性污泥法，而其中的9 0 为延时曝气工艺。尽管该工艺有许 多优点，由于污泥沉降性能的原因，限制了污水处理构筑物本身的水力容量在完全 混合式的工艺中，这个问题就显得更为为突出了，甚至连最不容易发生污泥膨胀的间 歇式曝气池发生了这一情况。； ，3 处理能力下降污泥膨胀使得处理系统的处理能力下降，造成了污泥流失，出 水中悬浮物浓度超标，一旦发生了污泥膨胀，则难于控制或需要相当长的时间才能恢 复【1 1 j 。在如果对污泥膨胀不完全清楚的情况下，对其进行控制的方法不得当可能适得 其反，或使整个处理系统处于瘫痪状态。 “ ， 2 2 污泥膨胀的危害和类型 。 s ： 。 活性污泥系统能够较好的去除水中的污染物，是由两方面的因素决定的。一是水 中可溶性的及胶体状的有机物能够转化成为悬浮状微生物的一部分。二是这些微生物 ：能够较好地沉淀，与处理水分离。在大多数的活性污泥工艺中，所有系统的处理效率 取决于固液分离效果的好坏。当发生活性污泥膨胀时，活性污泥絮凝体的结构与正常 絮凝体相比要松散一些，s v i 值增高，污泥的结构松散，体积膨胀，含水率上升，澄清液稀 少( 但较清澈) ，颜色也有异变，不易沉淀，污泥的沉降性能恶化，造成悬浮固体的流失， 这些悬浮固体携带着由于内源呼吸作用产生c o d ，从而出水水质恶化，不能达标。 由于污泥的沉淀和压实性能变坏，s v i 值升高，二沉池中的污泥层开始扩大。增加回流 污泥的输送速率可以在某种程度上防止污泥膨胀，但回流污泥和剩余污泥的固体浓度 将降低。因此，为了维持一定的污泥龄，就需要排除较多的剩余污泥量。这使得污泥处理 。段的水力负荷增高，且回流量增大。这不仅增加了处理系统的负荷，而且最终不能较快 的将污泥从二沉池中排除，并将由于固体过负荷而失败。污泥层溢过二沉池的堰板，造 8 太原理一i ：大学顾十研究生学位论文 成活性污泥系统的固体流失，会导致对入流水处理的能力降低，增加出流水的s s 和 c o d 浓度，这样不仅影响处理出水水质、增大污泥的处理和处置费用，甚至能导致整 个工艺过程的失败i ”i 。 污泥膨胀总体上分为两大类：丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀【1 3 l 。的者系活性污泥絮 体中的丝状菌过度繁殖导致的膨胀；后者系微生物本身生理活动异常，大量积累高粘性 多糖类物质。后者主要在污水水温较低而污泥负荷太高的情况下发生，污泥负荷高，细 菌摄取了大量营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就大量积累高黏性多糖类物质( 如 葡萄糖、甘露糖等) ，污泥中结合水异常增多，比重减轻，s v i 值很高，压缩性能恶化而引 起膨胀1 1 4 i 。 在实际运行中，污水处理厂发生的污泥膨胀多为丝状菌污泥膨胀。据报道，在发生 污泥膨胀的活性污泥法处理厂中，约有9 0 的污泥膨胀问题是由活性污泥中丝状菌的 过量生长而引起的【1 5 1 。t 业废水处理厂比城市污水处理厂容易发生膨胀。，。 l e 2 3 污泥沉降性能指标 。 磐活性污泥工艺对溶解性和胶体有机物去除能力的高低，在很大程度上受到工艺中 污泥性能好坏的影响，评价活性污泥性能的一个重要方面就是污泥的沉降性，同时， 污泥的沉降性能也可以作为判断污泥是否发生膨胀的重要依据。在对污泥膨胀问题的 早期研究中，常用的指标有塞里奥尔特指标、唐纳森指标、哈兹尔廷指标和莫尔曼指 标【1 6 1 。其中，由德国人莫尔曼于1 9 1 4 年提出的污泥容积指数，至今仍是常用的测定 指标。目前，评价污泥沉降性能常用指标有： 1 污泥沉降比s v 是污泥沉降比。其测定方法是：取1 l 反应器中曝气阶段时 的混合液于量筒中静置一段时间，一般为3 0 分钟，然后测出活性污泥所占有的体积 百分数。由于正常的活性污泥在静沉3 0 分钟后，一般接近它的最大密度，故污泥沉 降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量，可以反映出二沉池中活性污泥的浓缩情 况，用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及时查 明原因，采取措施。而且污泥沉降比的测定比较简单，并能说明一定的问题，因此它 9 太原理t 大学硕士研究生学位论文 成为评定活性污泥的重要指标之一。 “ z 1 2 污泥容积指数在s v 的测定过程中，由于污泥浓度不同，对测量的结果有 很大的影响。经过3 0 m i n 沉淀后的活性污泥的体积与混合液中的污泥浓度成正比关 系，即随着污泥浓度的升高而增加。将污泥浓度的影响考虑上，出现了污泥容积指数 ( s l u d g ev o l u m ei n d e x ) 这一参数，在曝气池出口处的混合液，在经3 0 r a i n 静沉后， 每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。其计算公式如下式： s v i = s v x 1 0 m l s s ( m r g ) t 式中，m is s 为混合液悬浮固体浓度，即污泥浓度，g l s v i 值可表示活性污泥中菌胶团结合水率的高低，同时较好地反映出污泥的松散 程度和凝聚、沉淀性能，一般认为沉降性能良好的污泥的s v i 值在7 0 d 0 0 m l g 左右 p l a t o 认为当s v i 大于1 5 0 m l g 就可以划为污泥膨胀，而p u j o l 认为当s v i 值大于 2 0 0 m l g 时，才能称为污泥膨胀。s v i 值过低，说明污泥颗粒细小紧密无机物多，缺 乏活性和吸附能力；s v i 值过高，说明污泥难于沉降分离，即将膨胀或已经膨胀。由 于测量过程中所用容器的直径，污泥的初始浓度和搅拌等情况对s v i 的测定有影响， 为了尽量减少这一影响，人们对s v i 的测定提出了一些修正。考虑到污泥浓度对s v i 值的影响，有人建议采用稀释的污泥容积指数( d i l u t es l u d g ev o l u m ei n d e x ) d s v i , 作为标准的方法，稀释后的污泥浓度建议为1 5 9 l 。而在英国，人们更为常用的是搅 拌的污泥容积指数( s t i r r i n gs l u d g ev o l u m ei n d e x ) s s v i 们。但在我国，基本上采用的 都是普通的s v i 。事实上，很多工业废水处理厂，即使当s v i 值超过2 0 0 m l g 时， 处理工艺仍能一直良好的工作。如北京高碑店污水厂工业废水含量超过5 0 ，s 常年在2 0 0 3 0 0 m i ：g 之间，也无污泥溢流现象，且处理效果良好。分析原因，在较高 s v i 值的情况下，保持良好的处理效果，可能与二沉池的固体通量有关。当二沉池竖 向尺寸较大时，即使s v i 值超过z o o m t g ，污泥也不能够通过溢流堰而流失。 3 ，污泥成层沉降速度除了上述指标之外，人们根据污泥沉降曲线的特性，采 用不同阶段的数值作为评价沉降性能的指标。活性污泥的沉降过程，首先存在一个再 凝聚过程，这个过程的时间长短与沉降性能之间也有密切的关系。再凝聚过程完成后 成层沉淀开始，这一阶段的特点是污泥界面的沉降速度始终是一个常数，而这个匀速 1 0 太原理l = 人学硕士研究生学位论文 下降的速度即为污泥成层沉降速度。在沉降6 0 m i n 左右的时i 日j ，污泥面在很长的时间 内基本不变，此时的体积称为压实体积。不同的初始污泥浓度对这个值有不同的影响。 一般认为，成层沉降速度小于1 2 m h 时即为污泥膨胀。 4 丝状菌长度活性污泥单位体积内丝状菌的长度，该指标用来表示丝状菌含 量。丝状菌过量繁殖时，一般将丝状菌长度大于1 0 4 m g 的污泥划为膨胀污泥。 在活性污泥工艺运行过程中，造成二沉池中污泥沉降性能不良的原因和种类很 多，例如污泥的分散生长，絮凝体解体，微絮凝体的形成等。表2 - 1 列出了一些在活 性污泥工艺中可能的沉降性能不佳的现象和原因【9 1 。 综上所述，对污泥膨胀的定义较为全面的描述是：1 污泥松散，不密实，污泥指 数s v i 大于1 5 0 m 1 g ；2 沉降性能差，区域沉降速度小于1 2 m h ；3 由丝状菌引起的 污泥膨胀，丝状菌总长大于1 0 4 m g 。但在实际工程中，人们更乐意直接使用污泥指 数来判断。而在本实验当中，也主要以s v 和s v i 值来作为判断污泥是否发生膨胀 ， ；的依据。 凡t ：2 4 活性污泥中的微生物与污泥- 性能 活性污泥是由各种细菌和微生物构成的。不同种类的废水，以及采用不同的运行 方式，所产生的污泥在数量上和结构上也不相同。因此，通过观察活性污泥中的生物 相，也可以反映活性污泥的性能。特别是原生动物及微小后生动物比较容易鉴别和计 数，因而在污泥处理厂的运行管理中应将其作为重要的判断项目来进行观察。 。91 活性污泥良好时出现的微生物( 活性污泥性生物) 活性污泥性生物有钟虫属、累枝属、盾纤虫属、盖虫属、聚缩虫属、内管虫属、各种 轮虫属以及吸管类的固着类性生物或匍匐性生物。一般来说，如果l m l 混合液中，这 类生物有1 0 0 0 个以上，而且占全部生物总量的8 0 以上时，就可以判定为净化效率 很高的活性污泥。在这种情况下，絮凝体的尺寸多为5 0 0 - 1 0 0 0 # m 左右。 2 活性污泥状态不好时出现的生物( 非活性污泥性生物) 该类生物有波豆形属、 弹跳虫属、屋滴虫属、豆形属、草履虫属等快速游泳的种属。当这些生物出现时，絮 1