膜生物反应器污泥培养过程中丝状菌污泥膨胀的控制.pdf

技 术 总 结 膜生物反应器污泥培养过程中丝状菌污泥膨胀的控制 王 嵘 1 2 王 华1 万金保2 1 江西农业大学 国土资源与环境学院 江西 南昌 330045 2 南昌大学 教育部鄱阳湖 湖泊生态与生物资源利用实验室 江西 南昌 330029 摘 要 针对膜生物反应器污泥培养过程中出现的丝状菌污泥膨胀现象 分析了发生污泥膨 胀的原因 认为是反应器中低污泥负荷和低溶解氧浓度共同作用所致 通过提高污泥负荷 0 25 gCOD gSS d 和溶解氧浓度 DO 2 0 mg L 可使污泥沉降性能得到恢复 但历时较长 需 30 d左右 而在提高污泥负荷和 DO浓度的基础上 向反应器中通入少量的臭氧 0 02 g gSS 可使污泥沉降性能得到快速恢复 仅需 10 d左右 在控制污泥膨胀过程中 所采取的各种措 施未对膜生物反应器去除 COD造成明显影响 关键词 膜生物反应器 丝状菌污泥膨胀 臭氧 低污泥负荷 低溶解氧 中图分类号 X703 文献标识码 C 文章编号 1000 4602 2009 03 0046 04 Control of Filamentous Sludge Bulking during Sludge Accli mation inMBR WANG Rong 1 2 WANG Hua1 WAN Jin bao2 1 College of Land Resources and Environment JiangxiAgriculture University Nanchang 330045 China 2 K ey Lab of Poyang Lake Ecology and B io resource Utilization Nanchang University Nanchang 330029 China Abstract The causes for fila mentous sludge bulking during sludge accli mation inMBR are ana lyzed It is considered that this is caused by both low sludge loading and low DO concentration inMBR Increasing sludge loading 0 25 gCOD gSS d and DO concentration 2 0mg L can restore the sludge settleability H owever the effect can only be seen after at least 30 days Based on the in crease of sludge loading and DO concentration adding ozone of 0 02 g gSS into MBR can restore the sludge settleability in a 10 day period Themeasures adopted during the control of sludge bulking have no apparent effect on the removal rate of COD Key words membrane bioreactor fila m entous sludge bulking ozone low sludge loading low dissolved oxygen 基金项目 鄱阳湖生态保护与资源利用研究项目 2007BAB23C00 膜生物反应器 MBR 由于膜组件的高效截留 作用 使活性污泥中微生物全部截留在反应器内 能 够避免传统活性污泥工艺由于污泥膨胀造成的不利 影响而保持稳定的出水水质 但同时也有研究表 明 1 5 膜生物反应器中的污泥膨胀会导致膜污染 的加剧 使膜操作压力迅速上升 笔者在膜生物反 应器污泥培养发生丝状菌污泥膨胀期间 探讨了不 同污泥膨胀的控制措施 46 第 25卷 第 3期 2009年 2月 中 国 给 水 排 水 CHI NA WATER 污泥浓度 为 3 500 mg L 污泥沉降性能较好 SV30和 SVI分别 为 16 45 7mL g 1 2 污水水质 采用由葡萄糖 NH4Cl KH2PO4配制的模拟生 活污水 其 COD为 200 600 mg L NH 4 N为 20 60mg L TP为 2 6 mg L 同时向污水中投加适 量的微量元素 1 3 分析方法 MLSS采用重量法测定 COD采用消解 滴定 法测定 DO采用 HACH 溶氧仪测定 其他指标均按 国家标准方法测定 2 结果与讨论 2 1 污泥膨胀及原因分析 2 1 1 污泥膨胀的发生 接种污泥经 24 h闷曝后进入膜生物反应器中 进行驯化 水力停留时间为 6 7 h 进水 COD控制 在 200 300mg L 经过 24 h曝气培养后 反应器 内污泥量减少 污泥浓度由培养前的 3 500 mg L降 至 2 555 mg L 并可直观地看到污泥的絮状结构明 显增多 污泥颜色也由驯化前的黑褐色逐步淡化为 灰褐色 7 d后污泥呈浅黄色 并呈现良好的絮凝状 态 SVI为 31 85mL g 但污泥絮体的凝聚性能较 差 污泥絮体颗粒小且上清液中悬浮物较多 运行 14 d后系统的除污效果趋于稳定 对 COD的去除率 90 污泥中原生和后生动物较丰富 此时反应器 内水温为 20 左右 DO为 2 5mg L左右 污泥负 荷在 0 12 gCOD gSS d 左右 在随后系统的稳 定运行过程中 反应器内污泥的 SVI迅速升高 大约 11 d后两个反应器内均出现了污泥膨胀现象 污泥 沉降性能变差 SV30达 90 上清液清澈透亮 此时 反应器内水温和污泥负荷未变 但 DO浓度却降至 0 8 mg L左右 在污泥膨胀过程中 SVI的变化情 况见图 2 图 2 SVI随运行时间的变化关系 Fig 2 V ariation of SVIw ith running ti me 在反应器运行初期未发生污泥膨胀时 镜检发 现污泥中的微生物主要是菌胶团细菌 丝状菌较少 污泥中纤毛虫 钟虫等微生物活跃 当污泥 SVI 200 mL g时 镜检发现原来呈块状的菌胶团已完全 解体 一根根丝状球衣细菌大量交错丛生 解体了的 污泥絮体散落其中 曾经活跃的盖纤虫 钟虫等微生 物已不见踪迹 污泥絮体也由最初的棉絮状变成细 屑状 见图 3 图 3 污泥膨胀发生前 后的污泥形态 Fig 3 Sludge morphology before and after fila mentous sludge bulking 2 1 2 丝状菌污泥膨胀的原因分析 研究表明 引起丝状菌污泥膨胀的原因主要有 污水种类 碳水化合物含量高 H2S含量高 含有毒 47 www watergasheat com王 嵘 等 膜生物反应器污泥培养过程中丝状菌污泥膨胀的控制第 25卷 第 3期 物质 污泥负荷过低或过高 低溶解氧浓度 低 p H 氮 磷营养物缺乏等 6 11 由于试验中采用自 配污水 配制时 BOD5 N P控制在 100 5 1 并 用 Na HCO3将进水 p H 值调整在 6 5 8 5 因此造 成丝状菌污泥膨胀的原因可能是污泥负荷过低或溶 解氧浓度过低 2 2 污泥膨胀的控制措施 对于由丝状菌引起的污泥膨胀 通常采用向系 统中投加絮凝剂或化学试剂的措施来改善污泥沉降 性能 或者根据引起污泥膨胀的原因有针对性地调 整与控制运行条件 使系统恢复到正常状态 根据 以上分析 针对本试验中低溶解氧浓度和污泥负荷 较低引发的污泥膨胀 研究中尝试采用提高反应器 曝气量 增大进水 COD浓度以及通入臭氧等手段来 控制污泥膨胀 2 2 1 提高溶解氧浓度和增大污泥有机负荷 A反应器通过调节曝气量 控制反应器内的 DO 2mg L 经过 18 d的运行发现 SVI从 270 mL g 降至 150 mL g以下 表明加大反应器的 DO浓度可 以改善污泥的沉降性能 B反应器在提高进水 COD 浓度 COD为 500 600 mg L 污泥负荷 0 25 gCOD gSS d 后经过 20 d的运行 也能将 SVI 控制在 200 mL g以内 这表明此次污泥膨胀确实与 低溶解氧浓度和低污泥负荷有关 由于经过 20 d 左右的运行 两反应器内的活性污泥仍处于膨胀状 态 镜检发现污泥中的丝状菌仍大量存在 为此 从 第 29天开始 对 B反应器采用同时提高溶解氧浓度 和污泥负荷的方式运行 发现 SVI虽在开始几天有 上升趋势 但 5 d后 SVI值逐渐下降 20 d后降至 98 mL g并逐渐趋于平稳 说明污泥膨胀已经得到控 制 镜检发现污泥中的菌胶团已占优势 丝状菌只是 零星地分布在菌胶团细菌之间 从试验结果也可以 发现 污泥膨胀的发生只需短短的 11 d 而通过调节 运行条件使污泥膨胀得到控制却需近 30 d的时间 2 2 2 投加臭氧控制污泥膨胀 臭氧由于其强氧化性能 可以破坏污泥的丝状 菌细胞 致使菌丝的网络结构消失 12 13 并可以使 污泥絮体破碎 细胞破裂 絮体及细胞内的空隙水 毛细水 吸附水和结合水被释放出来 从而使絮体尺 寸变小 密度提高 沉降性能得到很大改善 14 为 此 从第 29天开始 对反应器 A通入臭氧并提高污 泥负荷以控制污泥膨胀 臭氧投量为 0 02 g gSS 研究发现 通入臭氧后污泥沉降性能迅速得到改善 SVI值在第 30天就从 118 9mL g降至 75 5 mL g 并在随后的运行中保持在较低值 为了观察污泥膨 胀是否得到控制 第 36天停止投加臭氧 结果发现 污泥沉降性能迅速恶化 3 d后 SVI值就达到了 176 7mL g 于是从第 40天又开始恢复投加臭氧 并在 SVI值 65 mL g 稳定了 10 d后停止通入臭 氧 此时污泥沉降性能一直保持在较好水平 未出现 反弹现象 镜检发现丝状菌明显减少 由丛生状变 为分散状 部分单枝已折断成散碎短枝 游离分散在 菌胶团细菌中间 由此可证明反应器中由丝状菌引 起的污泥膨胀已得到很好控制 这也说明利用臭氧 可以快速控制丝状菌污泥膨胀 但臭氧投加应保持 一定的持续时间 若时间太短则未被完全杀死的丝 状菌会迅速繁殖 使污泥沉降性能再次变差 在试 验中还发现 在相同的曝气量下 臭氧的投加可大幅 提高反应器中的 DO浓度 2 3 污泥膨胀控制期COD去除率的变化 试验可分为驯化稳定期 前 7 d 膨胀控制 期 11 28 d 膨胀控制 期 29 54 d A反应器 在整个试验过程中对 COD去除率的变化见图 4 图 4 污泥膨胀控制过程中 A反应器对 COD去除率的变化 F ig 4 Variation ofCOD re moval rate during sludge bulking control in reactorA 由图 4可以看出 在污泥膨胀控制 期 膜生物 反应器的出水 COD 2mg L 或增大污 泥负荷 0 25 gCOD gSS d 的措施 这两种措 施虽然能够控制污泥沉降性能不再继续恶化 但不 能完全消除污泥膨胀现象 采取同时提高溶解氧浓度和污泥负荷的方 式可以实现对污泥膨胀的控制 使污泥沉降性能得 以恢复 但历时较长 近 30 d的时间 采取提高污泥负荷和通入臭氧的方式 臭 氧投量为 0 02 g gSS 可以快速控制污泥膨胀 但应 持续作用一定时间 10 d左右 与同时提高 DO浓 度和污泥负荷的方式相比 可大大缩短污泥膨胀控 制时间 快速恢复污泥的沉降性能 参考文献 1 布多 张颖 顾平 氯化铁絮凝法减轻膜污染 J 城 市环境与城市生态 2003 16 6 46 48 2 崔和平 钟艳萍 丝状菌污泥膨胀的原因及其控制方 法 J 中国给水排水 2004 20 6 99 101 3 杨宗政 顾平 膜生物反应器运行中的膜污染及其控 制 J 中国给水排水 2005 25 2 80 84 4 赵建伟 丁蕴铮 苏丽敏 等 膜生物反应器及膜污染 的研究进展 J 中国给水排水 2003 19 5 31 34 5 张云霞 郭淑琴 季民 等 膜生物反应器发生污泥膨 胀后的控制措施研究 J 中国给水排水 2007 23 9 64 66 6 王凯军 丝状菌型污泥膨胀的统一理论 J 环境科 学 1992 13 3 76 76 7 周利 彭永臻 黄志 等 丝状菌污泥膨胀的影响因素 与控制 J 环境科学进展 1999 7 1 88 93 8 Knoop S Kunst S Influence of te mperature and sludge loading on activated sludge settling especially onM icro trrix Parvicella J W ater SciTechno l 1998 37 4 27 35 9 高春娣 彭永臻 王淑莹 磷缺乏引起的非丝状菌活 性污泥膨胀 J 环境科学学报 2001 22 1 40 43 10 傅金祥 苏锦明 朴芬淑 等 一体式膜生物反应器的 污泥膨胀控制 J 中国给水排水 2005 21 4 46 47 1