（环境工程专业论文）化学氧化法控制丝状菌污泥膨胀的试验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士论文 摘要 丝状菌污泥膨胀是活性污泥法中一直困扰人们的难题。其影响因素很多，一 旦发生膨胀通过调控影响因子控制污泥膨胀需要很长时间。本试验以啤酒废水和 人工合成污水作为底物，利用能够灵活准确控制试验条件的问歇式反应器( s b r ) 进 行投加高锰酸钾、二氧化氯、氯气三种氧化剂来迅速控制丝状菌污泥膨胀的研究。 结果表明，三种氧化剂都能达到迅速控制膨胀的目的。对于啤酒废水中的污 泥膨胀，高锰酸钾、二氧化氯、氯气在膨胀控制期间投加量宜控制在5 0 m g l 、 2 5 m l 、3 0 m g c 以内，在以上三个投药量下分别运行9 周期、5 周期、7 周期膨 胀得到控制。同时，污泥降解底物能力有所下降，但出水水质并未恶化，出水c o d 分别为8 1 9 m g l 、8 2 7 m g l 、7 8 3 m g l ，出水氨氮分别为3 1 m g l 、2 6 9 m g l 、 3 1 5 m g l ，出水总磷分别为0 4 3m g l 、o 4 5m g l 、o 3 8m g l 。 对于合成污水中的污泥膨胀，高锰酸钾、二氧化氯、氯气在膨胀控制期间宜 控制投加量在5 0 m g l 、2 5 m g l 、3 0 m g l 以内，在以上三个投药量下分别运行1 3 周期、5 周期、7 周期后，膨胀得到控制。出水c o d 分别为7 1 5 m g l 、7 3 6 m g l 、 6 8 8 m g l ，出水氨氨分别为3 5 3 m g l 、3 7 3 m g l 、4 7 2 m g l ，出水总磷分别为 0 3 8 m g l 、o 5 7 m g l 、0 4 6 m g l 。 试验结果表明，当投加氧化剂使污泥膨胀得到迅速控制，停止投加氧化剂后， 在正常条件下继续运行过程中，s v i 及污泥底物降解能力逐渐达到正常水平。在本 试验条件下运行1 4 1 8 周期后，s v i 稳定在8 9 9 1 m l g 左右，c o d 去除率稳定 在9 0 9 1 左右，这表明此时污泥膨胀已从根本上得到控制。 口h 值是影响高锰酸钾和氯气氧化丝状菌的因素。在本试验条件下，高锰酸钾 和二氧化氯杀灭丝状菌的效果会随着p h 一值的增大而减弱，但高锰酸钾受p h 值的 影响相对较小。 三种氧化剂的消耗成本：高锰酸钟 二氧化氯 氯气。在本试验条件下，控 制膨胀期间高锰酸钾、二氧化氯、氯气投加量分别为5 0 m g l 、2 5 m g l 、3 0 m g l 时，其处理每吨水的成本分别为o 4 5 元、0 4 3 元、0 0 7 元。 关键词丝状菌；污泥膨胀；氧化：高锰酸钾；二氧化氯；氯气 a b s t r a c t f i l a m e n t o u ss l u d g eb u l k i n gi st h em a i nd i f f i c u l tp r o b l e m s ，w h i c hi sh a r dt ob e s l o v e di na c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s i th a ss e v e r a li n f l u e n c i n gf a c t o r s i tn e e d st ot a k e v e r yl o n gt i m et oc o n t r o ls l u d g eb u l k i n gt h r o u g ha d j u s t i n gt h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s o n c ei to c c u r s i nt h i sr e s e a r c h ，w ef e ds b rw i t hb e e rw a s t e w a t e ra n dp r e f a b r i c a t e s e w a g e t h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so fs b r c a nb ec o n t r o l l e df l e x i b l ya n da c c u r a t e l y ， t h i sp a p e rs t u d i e dt h er a p i dc o n t r o lm e t h o do ff i l a m e n t o u sb u l k i n gt h r o u g ha d d i n g p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e ( k m n 0 4 ) ，c h l o r i n ed i o x i d e ( c i o z ) a n dc h l o r i n e ( c 1 2 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h i st h r e eo x i d a n t sc a na l lc o n t r o lf i l a m e n t o u ss l u d g e b u l k i n gr a p i d l y w e c a l lc o n t r o lt h e s l u d g eb u l k i n go f b e e rw a s t e w a t e rw i t h k m n 0 4 = 5 0 m g l ， c 1 0 2 = 2 5 m g l ， c 1 2 = 3 0 m g ! l i tt a k e s9p e r i o d s ，5 p e r i o d s ，7 p e r i o d st oc o n t r o lt h es l u d g eb u l k i n gr e s p e c t i v e l yw i t ht h ea b o v et h r e ed o s a g e s a tt h e s a m et i m et h ed e c o m p o s a b i l i t yo ft h es l u d g ed r o p s ，w h i l et h ee f f l u e n tq u a l i t yi sn o t d e t e r i o r a t e d t h ee f f l u e n tc o dr e a c h e s8 1 9 m g l ，8 2 7 r n g l ，7 8 3 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n ta m m o n i a t er e a c h e s3 1 m g l 2 6 9m g l 3 1 5m g lr e s p e c t i v e l y t h e e f f l u e n tp h o s p h a t er e a c h e so 4 3m g l ，o 4 5m g l ，o 2 8m g lr e s p e c t i v e l y w ec a na l s oc o n t r o l t h e s l u d g eb u l k i n g o f p r e f a b r i c a t es e w a g e w i t h k m n o d = 5 0 m g l ，( c 1 0 2 = 2 5 m g l ， c l z l = 3 0 m g l nt a k e s1 3p e r i o d s ，5p e r i o d s ，7 p e r i o d st oc o n t r o lt h es l u d g eb u l k i n gr e s p e c t i v e l yw i t ht h ea b o v et h r e ed o s a g e s t h e e f f l u e n tc o dr e a c h e s7 1 5 m g l ，7 3 6 m g l ，6 8 8 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n t a m m o n i a t er e a c h e s3 5 3 m g l 3 7 3 m g l 4 7 2 m g lr e s p e c t i v e l y t h ee f f l u e n tp h o s p h a t e r e a c h e so 3 8 m g l 。o 5 7 m g l ，o 4 6 m g lr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta f t e rw es t o p p e da d d i n go x i d a n t si n t ot h ec o n t r o l l e ds l u d g e s v ia n dt h e d e c o m p o s a b i l i t yo ft h e c o n t r o l l e d s l u d g er e a c h e dt h en o r m a ll e v e l g r a d u a l l yw h e ni to p e r a t e d u n d e rt h en o r m a lc i r c u m s t a n c e s s v io ft h ec o n t r o l l e d s l u d g ei ss t a b i l i z e da t8 9 9 1 m l ga n dt h ec o dr e m o v a lr a t eo ft h a ti ss t a b i l i z e da t 9 0 9 1 a f t e ri to p e r a t e d1 4 1 8p e r i o d su n d e rt h i se x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s a l lo f t h e s es h o w e dt h a tt h es l u d g eb u l k i n gh a sb e e nc o n t r o l l e dr a d i c a l l y i i 青岛理工大学工学硕士论文 t h e p hv a l u ei so n eo ft h el n f l u e n c ef a c t o r so fo x i d a t i n gf i l a m e n t o u sb a c t e r i u mf o r k m n 0 4a n dc 1 2o x i d a t i o n t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ef i l a m e n t o u sb a c t e r i u m k i h i n ge f f i c i e n c yo ft h et w oo x i d a n to f f s e t t e dw h e nt h ep hv a l u ei m p r o v e d ，b u tt h i s e f f e c tf o rk m n 0 4o x i d a t i o ni sr e l a t i v e l yw e a k e r t h ec o n s u m i n gc o s to fk m n 0 4o x i d a t i o ni st h eh i g h e s ta n dt h a to fc l zo x i d a t i o ni s t h el o w e s t u n d e rt h i se x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h ec o n s u m i n gc o s td e a f i n gw i t ho n et o n w a s t e w a t e ro fk m n 0 4 ，c 1 0 2 ，c 1 2o x i d a t i o ni so 4 5 y u a n ，0 4 3 y u a n o 0 7 y u a nr e s p e c t i v e l y w h e nt h ed o s a g ei s5 0 m g l ，2 5m g l ，3 0 m g ld u r i n gc o n t r o l l i n gt h es l u d g eb u l k i n g k e yw o r d f i l a m e n t o u sb a c t e r i u m ；s l u d g eb u l k i n g ；o x i d a n t ；p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t e c h l o r i n ed i o x i d e ：c h l o r i n e i i i 青岛理工大学工学硕士论文 第1 章绪论 1 1 活性污泥法概述 自1 9 1 4 年由e a r d e n 和w t l o k e t t 在英国的曼彻斯特市开创以来，经过 近9 0 年的实践证明，活性污泥法是种应用广泛并极具有发展潜力的污水处理技 术。近四十年来，随着对活性污泥的反应理论、净化功能、运行方式、工艺系统 和微生物生理、生态学等方面的研究，以及单元操作理沦、控制理论等的应用， 活性污泥法在理论上更完善，在工程实际中积累了丰富的经验，并且又不断的开 发出多种新： 艺，如a b 法、a o 、a 2 o 法、s b r 法1 1 和各种新式氧化沟法 等，进一步提高处理效率，改善出水水质，减少投资，降低运行费用，提高了运 行的稳定性。目前，活性污泥法已成为城市污水、有机工业废水的有效处理方法 和污水生物处理的主流方法。我囡己建成的污水处理厂中9 0 以一l 在建的城市污 水处理厂几乎全部采用活性污泥法 2 。 随着活性污泥法的深入研究，工艺流程的不断改进和创新，它有更大的水质、 水量适用范围和良好的操作稳定性，该法将厌氧引进到好氧二 艺之中，在不增加 和少增加费用的情况下，在去除有机物的同时完成脱氮除磷的任务，提高处理程 度。还与其它工艺( 如生物膜法，膜分离装置) 组合使用，增加生化反应器中的 生物量，提高生化反应效率且表现出良好的灵活性。因此，作为一种典型的污水 二级处理技术，活性污泥法有更广阔的应用前景。 活性污泥法有许多优点，但任何事物都不可避免的存在不足。以传统活性污 泥法为例，其在应用中还存在如：耐冲击负荷能力低、污泥产量大【3 、占地面积大、 基建投资大、维护运行费用高、操作管理复杂、对营养物质氨和磷的去除率低及 活性污泥膨胀等问题。其中活性污泥膨胀是活性污泥工艺运行中经常遇到的最棘 手的问题之一。它阻碍了固液两相的正常分离，污泥i 到在一定时间内不能彻底沉 降而随出水大量流失，引起出水水质的恶化和底物去除率的降低，增大污泥处理 和处置费用，严重影响着污水处理工艺的正常运行，甚至导致整个： 艺过程的失 败h 。 活性污泥膨胀有三个显著特点：发生率极高，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活性污泥膨胀，工业废水处理厂的问题更加 青岛理工大学工学硕士论文 严重。我国上海，几乎所有的城市污水与工业废水处理厂都存在不同程度的丝：佚 菌膨胀问题。发生较普遍，在各种类型的活性污泥工艺中都存在活性污泥膨胀 问题，甚至连被认为最不易膨胀的间歇式曝气池也可能发生这一问题口“。危 害严重，难于控制，较严重的膨胀不仅使污泥流失，出水悬浮物浓度增高，大大 降低了处理能力，而且一旦发生膨胀难于控制或需相当长的恢复时间【7 1 。因此，污 泥膨胀被称为“活性污泥法的癌症”而日益受到人们的关注，这一问题也正是本 论文研究的重点。 1 2 活性污泥法的研究现状 1 2 1 活性污泥的组成及其絮体的形成机理 活性污泥中栖息着具有生命活力的各种微生物群体，当污水与其接触混合时， 微生物细胞壁外粘液层吸附污水中的有机污染物，并在生物酶的作用下进行代谢、 转化，自身也得到生长、繁殖，最后实现污水的无害化目标。从外观上看，活性 污泥是如矾花状絮凝颗粒( 绒粒) ，通称生物絮体，在混合液静置时，它们会立 即絮凝成较大绒粒而下沉。生物絮体主要是由成千上万个各种类型的细菌构成的 菌胶团和丝状菌组成，有时还有微型动物，它具有巨大的比表面积，大小在2 0 1 0 0 c m 2 m l 之间。保持污泥絮体中微生物群体的合理组成和活性是活性污泥法得 以正常运行的重要条件。 关于活性污泥絮体形成的机理，主要存在的观点有粘液说、电动势一含能说、 原生动物说、聚b羟基丁酸说、纤维素说、丝状菌网架结构说。其中，能够很 好的解释污泥絮体的形成和污泥膨胀现象，并且广为研究者接受的是s e z g i n 等人 提出的丝：状菌网架结构晚。其要点是：活性污泥絮体是由丝状菌作为絮体的骨架， 菌胶团细菌等微生物产生的多聚糖附着在其上面，形成了凝胶基质架，胶体物质 和其它微生物附着在其上而形成嘲。按照这种理沦，可将活性污泥絮体分为三种类 型( 见图l 1 ) ： 1 ) 丝状菌膨胀污泥：絮体内外丝状菌大量生长，丝状菌间的架桥作用干扰絮体间 的接近，因此妨碍了絮体的沉淀和压实，使得絮体松散，沉淀性能变差，污泥体 积膨胀，具有高的污泥指数，属于丝状菌引起的膨胀污泥。 2 ) 理想状态污泥：菌胶团细菌和丝状菌两者之问有个适当的比例关系，丝状菌 主要在菌胶团内生长，成为污泥絮体的骨架而不影响絮体的沉降和压缩。 青岛理工大学工学硕士论文 3 ) 针状絮凝体污泥：絮凝体内无丝状菌，菌胶团比较松散、脆弱，在曝气反应器 中容易分裂成小而零碎的絮体。并且具有相当高的界层沉速和混浊的上清液。 在这利r 理论指导下，许多研究者建立了相应的数学模型9 1 。对解释和认识丝状 菌污泥膨胀及其控制技术开辟了新路。 1 2 2 活- 眭污泥中丝状菌的作用“o l 实际上所有活性污泥中都含有丝状菌，它们是活性污泥正常微生物种群的组 成部分。活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌形成一个微生物共生的生态体系，在这 种共生关系中丝状菌在活性污泥工艺中对于高效稳定地净化污水起着重要作用： 1 ) 保持污泥的絮体结构，形成具有良好沉淀性能的污泥。丝状菌是形成污泥絮撮 体的骨架，对于保证污泥絮凝体的强度有很大的作用。 2 ) 保持高的净化效率、低的处理水浓度。由于丝状菌具有较低的“。；、b 值， s 。值也较小，因而有一定数量丝：状菌的存在可以保证出水较低的基质浓度和良好 的净化效率。 3 ) 保持低的出水悬浮物浓度。适宜数量丝状菌所形成的污泥絮体网状结构，有利 于污泥在沉淀过程中捕捉水t 二 _ | 细小的s s 颗粒，对水流起到过滤作用并吸| i f = j 截留生 长的游离细菌而使出水澄清。从大量的运行资料来看，活性污泥中丝：恢菌数量太高 或太低都会影响污水处理厂的正常运行。一定数量的丝状菌存在对处理效果是很 有用的，只有丝状菌大量繁殖才会出现丝状菌性污泥膨胀。 青岛理工天学工学硕士论文 = = = = = = ! = = = = = = = = = = = ! ! ! = = = ! ! = = = = = ! = = = = = = = = = = ! ! ! = = = = ! ! = ! ! = = ! = 1 2 3 话性污泥膨胀及其分类 评价污泥膨胀的常用指标有污泥体积指数( s l u d g ev o l u m ei n d e x ，s v i ) ，污 泥面成层沉降速度( z o n es l u d g ev e l o c i t y ，z s v ) 和丝状菌长度1 。这些指标数值 为多少才称为污泥膨胀，各种资料的结果不一。一般认为沉降性能良好的污泥， s v i 小于1 0 0 m l g ，p a l m 建议s v i 大于1 5 0 m l g ，且丝状菌长度大于1 0 4 m g 划 为污泥膨胀。而p u o l 则将s v i 大于2 0 0 m l g 才称为污泥膨胀。e c k e n f e l d e r 还建 议z s v 小于o 6 m h 时定义为膨胀。另外，s l a w o m i r 应用渗透理论分析丝状菌污 泥膨胀时将丝状菌浓度定义为： l = t e f l vd 2 ( 1 - - 1 ) 式中：t e f l v 一单位体积内丝状菌总长度( g m m l ) ： d 一单个细菌长度( 哪) 当l l + 时，丝状菌过量生 长影响污泥的沉降，认为是污泥膨胀”。 尽管如此，人们普遍认为：由于某种原因活性污泥沉降性能恶化，s v i 值不 断增大，沉淀池污泥泥面不断上升，造成污泥流失，曝气池的m l s s 浓度降低， 最终破坏正常的处理： 艺运行的现象为活性污泥膨胀m 。卅。 活性污泥膨胀有两种类型：一是由于活性污泥中丝状菌的大量繁殖而引起的 丝状菌型污泥膨胀：二是由于菌胶团细菌大量累积高粘性物质或细菌过量增殖等 原因引起的无丝j 扶菌大量存在的非丝状菌型污泥膨胀“ 。前者在生产实际运行中 占9 5 以一l t ”】，所以人们对其研究较多。 1 2 4 活- 陛污泥膨胀的影响因素 1 2 4 1 水质因素 ( 1 ) 基质类型的影响 v a nd e ne y n d e t ”1 等人对葡萄糖，乙酸盐，淀粉和酪蛋白这几种不同基质进行 实验得出葡萄糖，乙酸这些低分子溶解性碳水化合物容易引起膨胀而淀粉这类大 分子物质在间歇反应器中不发生膨胀。这是因为丝状菌自身的特点决定的，它对 高分予物质的水解酶能力较弱，很难吸收不溶性物质，而对于低分子有机物可宜 接作为能源加以利用并易于增殖，最有代表性的是球衣菌属。此外，在糖类碳水 化台物含量多时，活性污泥微生物亦能较易地将其代谢分泌出高粘陛多糖类物质。 青岛理工大学工学硕士论文 这种高粘性代谢产物分子中具有许多氢氧基，与水的结合力很强，是一种非常稳 定的亲水胶体，而这些物质覆盖在菌胶团微生物表面，可使污泥的结合水高达3 8 0 ，导致非丝状菌性污泥膨胀。因此含有大量可溶性有机物的废水易于产生污泥 膨胀，而以不溶性有机物作为去除对象的废水则不易产生污泥膨胀。 ( 2 ) 营养物质的影响 污水中的微量元素和营养物经常会影响到污泥的沉降性能。活性污泥中的微生 物种群在吸收利用水中有机物的同时需要多种营养物质以保证其正常的新陈代谢 活动，若微生物的营养不足会使低营养型微生物丝硫细菌，贝氏硫细菌过度繁殖。 底物中的n ，p 含量对污水处理系统的正常运行有很大影响，c n ，c p 要保持 在一定范围之内。s a w y e r f l 8 通过实验确定n 和1 7 的最少需要量是b o d ：n = 3 2 ：1 和b o d ：p = 1 5 0 ：l 。w a g n e r 的研究得出了n ，p 联合对s v i 的影响( 见图l 一2 ) 。 如果n 浓度较低则较低的p c 就可以维持低的s v i ，这就是常规活性污泥法需要 维持b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l 的原因。 x u z 图l - - 2n c 与e c 对s v i 的影响 ( 3 ) h 2 s 的影响 现有资料一致认为含h 2 s 的废水易引起污泥膨胀，当城市污水中h z s 浓度超过 l 一2 m g l 时就易引起诸如硫化菌，0 2 1 n 型菌，贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌的过量 增殖，引发污泥膨胀。控制这一类型的膨胀可采用预曝气或采用重金属盐类形成 沉淀去除h 2 s 。 1 2 4 2 环境因素的影响 ( 1 ) 负荷与d o 的影响 菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对d o 需要量差别比较大。菌胶团细菌是好 氧菌而绝大多数丝状醢是适应性强的微好氧菌。因此，当曝气池中d o 浓度低时有 青岛理工大学工学硕士论文 利于一些丝：1 犬菌的增殖，很容易发生“低d o 污泥膨胀”。但b e n e f i e l d 等人的实验 表n ) d o 在8 9m g l 之_ i 司也会发现丝状菌膨胀。可见避免发生丝状菌膨胀自j , j d o 不 是一个常数。p a l m 1 9 1 等人在1 9 8 0 年的研究中发现d o 是f m 的函数，随着负荷的升 高所需的d o 浓度也会增加，并找到了对应f m 值下的“安全溶解氧浓度值”。这 一研究结果充分表明了只要d o 成为限制，在任何负荷下都能发生膨胀，同样在任 何d o 的条件下，只要负荷足够高也可能发生膨胀。 ( 2 ) 冲击负荷的影响 冲击负荷是指进入活性污泥反应器的原水在流量以及有机物浓度、种类等方 面的改变。日本田口广研究表明，水质、水量变化特别是有机物浓度剧增时就会 因微生物呼吸迅速致使d o 含量降低，丝状菌在争夺氧中占优势而引起污泥膨胀。 而比利时的m e y e r s ( 1 9 7 9 ) 认为有规律的人为控制水质、水量的投配，在给予短 时间的高负荷后再维持一段时问的低负荷，如此反复交替的高低负荷相间的进水 方式对于低负荷的污泥膨胀有一定的控制作用。而一般意义上的冲击负荷往往会 引发污泥膨胀。 ( 3 ) 曝气池流态与运转方式的影响 流态影响的关键是基质浓度梯度，因此，人们采用曝气池分格化、推流式曝 气池和选择器系统的活性污泥工艺。r e n s i n k 在1 9 8 2 匀z 应用合成污水在3 种不同流态 活性污泥实验模型中进行对比实验得出在完全混合曝气池中负荷为 o 1 珈5 k g b o d 5 ( k g m l s sd ) 都会发生膨胀，而在推流系统污泥负荷大于0 5 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) 才发生膨胀。而间歇反应器在上述实验范围内都不发生膨胀。 ( 4 ) p h 值的影响 p h 值较低会导致丝状真菌的繁殖而引起污泥膨胀。活性污泥微生物最适宜的 口h 值范围是6 5 8 5 ，p h 6 5 时有利于真菌生长繁殖，p h 4 5 时真菌将完全占优 势，活性污泥絮体遭受破坏，处理水质恶化枷。 ( 5 ) 温度的影响 反应器中每种细菌都有其最适宜的生氏漏度，温度适宜其繁殖旺盛竞争力强。 k n o o p 2 1 1 等人通过观察m p a r v i c e u a 细菌在5 、1 2 。c 、2 0 。c 下的生长情况下认为低 温有利于丝：犬菌的生长。d a i g g e r 2 2 1 等人的研究同样表明，丝状菌膨胀对温度具有 敏感性，在其他条件等同的情况下1 0 。0 时产生严重的污泥膨胀现象，将反应器温 度提高至1 j 2 2 不再产生膨胀现象，这也是大多数活性污泥在冬季会产生污泥膨胀 青岛理工大学工学硕士论文 的原因之一。 1 2 5 活性污泥膨胀的控制理论 目前，有关污泥膨胀的假说和理沦都比较简单，仅能解释少数几种污泥膨胀 现象或仅能解释在特定条件下的污泥膨胀问题。其中主要有以下四种： 1 ) 面积容积比( a ，v ) 假说 这是现今最被广泛接受的污泥丝：状菌膨胀理论假说。这里所晚的表面积( a ) 和容积( v ) 是指潘陛污泥中微生物的表面积及其窖积。这种假说认为，伸展于活 性污泥絮体之外的丝状菌的比表面积( a ，v ) 要大大超过菌胶团微生物的比表面 积。当微生物处于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的 能力方面要强于菌胶团微生物，结果在曝气池内丝状菌的生长将占优势，而菌胶 团微生物的生长将受到限制。这一假说对于解释低基质浓度和n 、p 元素缺乏的 污泥膨胀是比较有效的，但它仅是定性地进行了解释，缺乏定量数据的支挣“。 2 ) 积累再生( a c s c ) 假说 c h u d o b a 认为存在一种影响丝状菌和菌胶团微生物选择性生长的因素，并提 出了如图卜一3 所示的a c s c 假说。该假浣认为，微生物对基质的利用经历了细 胞内累积、贮存和生物代谢三个阶段。有机基质通过传输和扩散作用进入微生物 细胞体内而成为累积物质。细胞在进行合成生长之前，单位重量细胞所能积累的 基质称为细胞的累积能力( a c c u m u l a t i o nc a p a c i t y ，a c ) 。所积累的有机物质在细 胞内进一步转化为贮存物质。单位重量的微生物细胞所能贮存的基质量称其为贮 存能力( s t o r a g ec a p a c i t y ，s c ) 。仅当微生物所积累的有机基质得到氧化降解后， 其积累能力才得到恢复，微生物才。能继续进行生长和代谢。有关研究表明，丝：状 菌的a c 值通常要比菌胶团的a c 值低，如果微生物所摄取的营养物得不到及时 的氧化降解或得不到足够的营养物的话，则微生物的实际a c 将不能得到充分的 发挥而使其s c 值降低。这便是a c s c 假说对高负荷条件下发生丝状菌污泥膨 胀问题的解释。 3 ) 选择性准则 c h u d o b a 在1 9 7 3 年提h _ ；了选择性理谢”，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u 。及其饱和常数k 。值的不同，分析丝状菌 与菌胶团钏菌的竞争情况。该理论认为活性污泥中存在两种类型微生物种群即丝 o 却l 雎壁 s - 为细秽 基腰球艘 v l 。v 。为量腼j 葺i 输i jj 细胞速率 k ，v i 为 ! = 存斯解聚，j 黟墟递丰v 。为墓质代谢速半 v a 滞贮存螂匝代谢速丰m 为代谢产钧 一、一， 目卜3 污泥膨胀的a c s c 假说 状菌和菌胶团细菌，丝状菌具有低的u 。，和k s 值。在低基质浓度时具有高的生长 速率并占优势，而菌胶团细菌具有较高的u 。和k s 值，在高的基质浓度条件下生 长速率大并占优势( 见图l - 4 ) 。1 9 8 0 年p a l m 又对该理沦加以扩展，认为该理论对 溶解氧也成立，即d o 与碳源基质一样，其浓度的高低影响着两种类型细菌的生 长速率及其优势地位。 剧l 一4 不同微生物的选择一性竞争 4 ) 饥饿假说 这是由c h i e s a 等人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 速率的影响而提出的污泥膨胀理论。c h i e s a 等人将不同研究者刺动力学研究的结 果进行汇总和分析后，指出在活性污泥巾存在三种微生物种群。一是快速生长的 菌胶团污泥絮凝微生物；二是具有较高基质亲和能力、生长缓慢的耐饥饿丝状微 生物：三是对溶解氧具有亲和力、对饥饿高度敏感的快速生长丝状菌( 如图1 - - 5 it卜 青岛理工大学工学硕士论文 所示) 。在低的基质浓度条件下，第二类微生物将占生长优势；当有机基质浓度在 s + 以上时，只要氧的传递不受限制，第一类微生物将具有生长优势；在高基质浓 度且受溶解氧传递限制的情况下，第三类微生物将占优势，从而影响污泥的沉降 性能。 对于污泥膨胀的研究，除上述几种有关假说外，有关研究者还提出了“拟人 法”假说、“泻肚”假说、生物物理畸变假融选择毒性假院和原生动物假说等理 论，但这些假说都不能全面解释整个操作条件对污泥膨胀的影响，而以前面的几 种假说较为常用。 3 s 基质浓度 菌胶团茁2 快速生长丝状苗3 慢速生长丝状菌 图l 一5 不同微生物的竞争生长 1 2 6 活性污泥膨胀的控制方法 1 2 6 1 投加药剂法 污泥膨胀的早期控制方法主要是靠外加药剂( 如消毒剂) 直接杀死丝状菌或 投加无机或有机混凝剂增加污泥絮体的密度来改善污泥絮体的沉降性能。目前此 类方法仍运用于某些污水处理厂。 ( 1 ) 投加c 1 2 控制污泥膨胀采用的传统氧化剂是c 1 2 。j e n k i n s 等人的研究表明， c l z 和次氯酸根渗入细胞后，能破坏菌体内的酶系统，导致细胞死亡。绝大程度上 说的丝状菌都可通过加c l z 加以控制。一般投加在回流污泥中，投加量过大反而会 杀死菌胶团菌，造成絮体解体。当s v 值逐渐降低、膨胀不断缓解时，应逐渐减 比生长翠u一正直一 。 一箍一 青岛理工灭学工学硕士论文 少投药量。 ( 2 ) 投加h 2 0 2h 2 0 2 在控制污泥丝状菌膨胀中的应用也相当广泛。k e l l e t 2 6 1 等人 的研究发现，控制丝：状菌的最少投加量是o 1 9 k g d ( h 2 0 z m l s s ) ，投加量超过9 5 g k g d ( h 2 0 2 m l s s ) i i j - ，将会破坏脱磷作用，投加一段时间后( 大概1 0 天) 脱磷作 用会慢慢恢复。h 2 0 z 的毒性对脱氮作用只有少量的影响，在检测中没有发现氨、 氮和硝酸盐氮有明显变化。 ( 3 ) 投j i ；1 0 3 投加臭氧也可以控制丝状菌引起的污泥膨胀，臭氧还能有效地改善 硝化作用和提高难降解有机物的去除率，臭氧的投加量在4g k g - d ( 0 3 m l s s ) 左 右，一般投加在好氧区。 ( 4 ) 投加混凝剂投加合成的有机聚合物、铁盐、铝盐等混凝剂均可以通过其凝 聚作用来提高污泥的压密性，增加污泥的比重；投加高岭土、碳酸钙、氢氧化钙 等也可以通过提高污泥的压密性来改善污泥的沉降性能。 1 2 6 2 环境调控和代谢机制控制法 通过对污泥膨胀机理不断深入的研究和对丝状菌作用的进一步了解，对于污 泥膨胀的控制方法也随之由简单的投药等方法发展到应用生态学的原理调节处理 工艺运行条件及反应器环境条件，通过协调 胶团菌微生物与丝状菌的共生关系，从根本上消除污泥的丝状菌膨胀问题。 ( 1 ) f i , = ( ；f m 下增设生物选择器 生物选择器的出发点就是造成曝气池中的生态环境有利于选择性地发展菌胶 团菌，应用生物竞争机制抑制丝状菌的过度增殖从而控制污泥膨胀。方法就是在 曝气池前设一个停留时间比曝气池短得多的小池局部提高f m 比值，选择性地培养 菌胶团细菌，使其成为优势菌种。 选择器可分为好氧、缺氧和厌氧三种类型。好氧选择器的工作原理是利用菌 胶团细菌能在高负荷底物浓度中迅速繁殖并贮存这些底物，而此时丝状菌的增长 速率并不能明显地提高。高负荷接触之后的曝气反应c p ，菌胶团细菌利用贮存的 底物大量繁殖生长，丝状菌因食物缺乏而使其生长受到抑制。缺氧选择器的工作 原理是菌胶团菌有比丝状菌高1 0 一1 0 0 倍的脱氮速率，结果导致对基质利用率也 相差同样或更高数量级。从而使在初始的缺氧段中曲胶团菌占优势，在选择器之 后的曝气池中由于丝状菌缺少食料而受到抑制。j w a n n e r 等人通过刑厌氧选择器 的实验分析证实，菌胶团纲菌由于放磷反应而获取的能量得以在厌氧条件下利用 青岛理工大学工学硕土论文 有机物进行繁殖并贮存，后续的曝气反应中基质浓度底，使丝：淡菌受到抑制，从 而阻止了污泥膨胀的发生。 ( 2 ) 高f m f 回流污泥再生法 此法：g - - 沉池排出的回流污泥排入一单独设置的曝气池内进行曝气，将微生 物体内贮存物质氧化，从而使菌胶团细菌具有最大吸附和贮存能力，使污泥得到 充分再生并恢复活性，所以可以在与丝状菌的竞争中获得优势，抑制丝状菌的过 量繁殖。c h u d o b a 等人的实验验证了储存物质被氧化的比例越高，s v i 值越低。 ( 3 ) s b r 2 l - 艺 从s b r 法反应阶段底物浓度的变化来分析，s b r 法可有利地防止污泥膨胀。s b r 法反应阶段的底物浓度变化相当于普通污泥曝气池分格数为无穷多时的情况( 因 为普通污泥处理法曝气池分格数越多越接近推流式) 。这就有利于菌胶团细菌在 竞争中处于优势。此外，s b r 法的优点还有【2 7 1 ：进水和反应开始阶段的反应器 处于厌氧状态，有利于抑制丝状菌的过量生长： s b r 法的污泥龄短，比增值速率 较小的丝状菌不能很好地繁殖；可以省去初沉池，相对减少废水中溶觯性底物 的比例，同时增加了总：晷= 浮同体量。由此可见，s b r 本身就是一个很好地防止污泥 膨胀的选择器。 除以上几种控制污泥膨胀的工艺和方法外，还有强化曝气池控制法、加填料 控制膨胀法、a b 两级曝气系统、带：佚污泥： 艺等其他方法，可根据现场出现的实 际问题和现有的工艺没备对以上几种方法加以合理利用。 1 3 课题的意义及其主要内容 活性污泥膨胀是一个相当复杂的研究课题。由于引起污泥膨胀的原因是多方 面的，而这些因素又是相互影响、相互联系、相互制约的，这对人们研究污泥膨 胀在一定程度上造成了困难。丝：状菌膨胀的发生往往具有偶然性，采用环境调控 方法来控制污泥膨胀，虽然可以改变丝状菌的生存环境来控制污泥膨胀，但是需 要相当长的时间”1 。例如：有报道表明，对于完全混合曝气池采用选择器等调整微 生物生长速度的方法，要使膨胀污泥恢复到没有丝状菌膨胀的状态，需要3 倍污泥 龄的时间，这样对于一个污泥龄为1 0 天的污水处理厂需要大约一个月的时间。在 污泥膨胀期间由于污泥难以沉降，造成污泥大量流失使得出水悬浮物浓度增高， 同时造成污水厂处理能力的降低使得污水厂的出水难以达标排放。 青岛理工大学工学硕士论文 采用投加氧化剂控制污泥膨胀的方法，可以在短时间内快速杀灭过度繁殖的 丝状菌，改变污泥中的优势菌群，可使污泥膨胀在短时问内得到控制，这就为查 明污泥膨胀的原因赢得了时间。在污泥膨胀得到迅速控制及膨胀原因查明后，再 通过采取渊控微生物生长环境的措施，创造不利于丝j 佚菌生长的环境，避免膨胀 再次发生，从而保证污水处理厂的正常运行。因此，采用投加氧化剂迅速控制污 泥膨胀的方法对于污水厂的运行管理具有较大的实用价值。本论文以啤酒废水和 人工合成污水为底物，研究了k m n 0 4 、c 1 0 2 、c 1 2 这- - , p 氧化剂对丝：队菌污泥膨胀 的控制效果。 青岛理工大学工学硕士论文 2 1 试验材料 第2 章试验材料与方法 2 1 1 试验用水的来源 本课题主要研究在活性污泥法中，利用氧化剂来控制丝状菌膨胀的有关规律。 在废水处理中含易生物降解、碳源含量多且以糖类为主的有机废水通常容易发生 污泥膨胀闭。试验中采用含糖量较高的啤酒废水以及人工合成污水进行试验研究， 啤酒废水是典型的工业废水，人：亡合成废水可以较好的模拟生活污水。 2 1 1 1 啤酒废水的主要来源及特点 啤酒废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、 麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水：糖化过程的糖化、过滤洗涤水：发酵过程的发 酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌、破瓶啤酒及冷却水和成品车间洗 涤水。 啤酒废水的特点是水量大，无毒无害，属高浓度有机废水。b o d 5 与c o d 的 比例高达0 5 左右，说明该废水具有较高的生物可降解性。啤酒废水中主要含有 蔗糖、葡萄糖、果糖、蛋白质、果胶、酵母等成分。同时，也含有一定量的凯氏 氮和磷2 ”。由此可知，啤酒废水实际上是一系列生化过程的产物，它们在化学组 成上与啤酒相同或相近。更重要的是一股啤酒厂的酒损率约为l0 20 t 3 0 1 ，而 啤酒的化学需氧量( c o d ) 高达十几万，这些损失的啤酒进入生产废水中，构成了啤 酒废水的主要成分。 在本试验中用自来水稀释啤酒作为试验用废水，经测定进水底物c o d 为 6 0 0 m g l 的啤酒废水含总氮3 4 9 m g l ，总磷1 1 5 m g l 。通过试验测得啤酒废水的 b o d 5 c o d = 0 6 2 ，按微生物生长所需营养的合理比例b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ， 需在稀释后的啤酒c l - , j j h z , n h 4 c i ：5 7 5 3 m g l ，k h z p 0 4 ：9 9 8 m g l ，其与啤酒废水 具有很好的相似性，以此废水来模拟工业废水。 2 1 1 2 人工合成污水物质组成及水质 青岛理工大学工学硕士论文 试验中另一种废水采用人工配制的台成污水，试验配方及其污水水质如下表 所示【3 “，( 为模拟实际生活污水的发酵作用，将所配污水放置三天后使用) 以此 废水来模拟生活污水。 袁2 1 每升人工合成污水中的物质组成 物质组成 用量m g 物质组成 用量m g 淀粉6 5n h a c i1 1 0 葡萄糖 【3 0 k h 2 p 0 4 2 8 奶粉 无水n a 2 c 0 3 1 4 51 3 0 尿素5 0 表2 2 实验污水水质 水质指标 对应n l m g l 。1 水质指标 对应值m g l 。1 c o d4 5 0 5 5 0t p6 o 8 o t n 4 0 5 6 p h 6 5 7o n 地。一n2 9 3 5 水温 18 2 i 2 1 2 试验药剂 2 1 2 1 氧化剂的选取 资料表明闯，最理想的氧化剂条件如下：有效浓度低：性质稳定；毒性低， 不宜燃烧爆炸，使用无危险性：易溶于水，作用速度快：不易受有机物、酸碱及 其它物理化学因素影响，对物品无腐蚀性：价格低廉，易于运输，可大量供应。 虽然国内外研究者对氧化剂进行筛选，但至今没有发现一种能够满足以上条 件的氧化剂，所以只能按照氧化剥象和氧化目的选择合适的氧化剂。污泥膨胀时 投加氧化剂的目的是杀灭污泥絮体中过度繁殖的丝状菌，在选用氧化剂时要综合 考虑以上因素。 本次试验中选取k m n 0 4 、c 1 0 2 、c 1 2 三种氧化剂进行试验研究是因为它们较其 它氧化剂有以下优点：杀菌效果稳定；氧化消毒效果好，能有效的氧化污水中的 菌类、微生物等：操作安全、维护方便、费用低等。高锰酸钾、二氧化氯和氯气 的配置和制备方法如下： 4 青岛理工大学工学硕士论文 ( 1 ) 高锰酸钾溶液的配制 试验用高锰酸钾溶液是用高锰酸钾分析纯配制而成。称取一定量的高锰酸钾 分析纯配制成5 0 0 m g l 的溶液，避光保存待用。 ( 2 ) 二氧化氯的制