活性污泥泡沫和膨胀的原因和预警控制

      1  前言

      活性污泥泡沫和膨胀是活性污泥处理厂运行管理中经常碰到的异常问题，它们绝大多数是由丝状微生物异常增殖引起，由丝状细菌引发的活性污泥泡沫和膨胀具有明显的季节性和周期性，在寒冷季节发生较多。由微丝菌Microthrix Parvicella引发的泡沫和污泥膨胀在欧洲、澳洲等国污水处理厂最为常见，氧化沟则更容易发生[1-6]。微丝菌是一类革兰氏阳性菌，具有长而卷曲的丝状体和疏水性的细胞壁，喜好低温，长链脂肪酸和油脂。目前，对由微丝菌引起的泡沫和膨胀缺乏有效的控制对策[7-8]。

      本研究对某污水处理厂三槽式氧化沟出现的微丝菌泡沫和膨胀问题进行了分析研究，通过在小试试验中采取的工艺参数调整措施如降低泥龄，以及投加化学药剂如加氯杀灭丝状菌，絮凝沉淀等方法进行控制研究，并在实际污水处理现场进行实际应用验证。为有效预防和控制活性污泥膨胀和泡沫，本文提出活性污泥泡沫和膨胀的预警控制措施。

      2  试验材料和方法

      2.1  批式试验

      采用批式试验研究了四种不同的化学药剂对丝状微生物的控制效果。活性污泥的混合液取自污水厂发生泡沫的氧化沟，试验在1 L的烧杯中进行，四种化学药剂是有效氯10%的次氯酸钠溶液，纯度为45%的季铵盐抗菌剂AFP(上海未来企业公司生产)，絮凝剂聚丙烯酰胺PAM（分子量900万）和聚铝PAC，各药剂的加量：次氯酸钠为100～1250 gCL/kg MLSS，AFP为10～250 gCL/kg MLSS，PAM 2～8 mg/L，PAC 50～400 mg/L。搅拌速度120 rpm，反应停止后30min测定SV30，并镜检。

      2.2  小试连续流试验

      在批式试验基础上，进行实验室连续流的实验，模型反应器进水和曝气方式同实际氧化沟运行方式，见图1。进水取自初沉池出水，污泥来自发生泡沫的氧化沟，在模型中进行了改变泥龄试验和投加化学药剂AFP和PAM试验。试验过程中每天测试进出水COD、NH4-N、MLSS和污泥指数，进行镜检，镜检方法见文献7。

      2.3  现场生产性试验

      某污水处理厂设计处理量为15万t/d，处理装置分设A，B，C三组氧化沟，每组设计承担5万t/d的污水处理量。目前只有A沟和C沟进水工作。由于种种原因，两条沟自运行以来都发生不同程度的污泥膨胀和泡沫。

      在现场进行的投加次氯酸钠和缩短泥龄试验，均在A氧化沟进行。2003年春末进行了投加次氯酸钠试验，持续2周，分别在6月5日和6月13日往氧化沟中投加了两次NaCLO，第一次投加量约为25gCL/KgMLSS，第二次投加12.5gCl/KgMLSS左右；缩短泥龄试验从2003年12月3日开始，持续1个月，通过排泥将A沟的污泥龄从11～14天，逐步缩短到6～7天。

      3  结果与讨论

      3.1  运行数据指标分析

      从图2可见，2003年～2004年的20个月内，氧化沟的SVI变化呈现明显的季节变化，冬春季节氧化沟污泥的SVI会升高，最高可以达到350mL/g。现场实际观察冬春季节氧化沟表面时常会积聚大量泡沫，有时泡沫覆盖达到90%以上，影响到出水和运行管理。而夏秋季相对比较平稳，污泥SVI指数通常低于150mL/g，基本上观察不到泡沫现象的发生。

      通过对图2中运行数据的SVI值同温度及负荷的分析可知，SVI的变化与温度正好相反，即水温低的时候，SVI值高，反之低，表明污泥膨胀与低温有关；负荷的变化也同SVI值相反，负荷较低时，SVI值处于高水平，说明污泥膨胀与低负荷有关。镜检和生化反应试验结果证实，在发生泡沫的活性污泥混合液和泡沫中，占绝对优势的是微丝菌。

      污泥膨胀和泡沫的发生具有明显的季节性，这和微丝菌的生理特性密切相关，它的适宜生长温度在8℃～20℃，细胞壁呈疏水性，对长链脂肪酸和油脂等疏水性物质有较强的亲和性，在负荷较低时比菌胶团细菌具有竞争优势。丝状细菌在低温时附着在漂浮油脂上生长，容易造成泡沫或污泥膨胀。在夏季时当水温高于20℃时，微丝菌M. parvicella 能产生蛋白水解酶，该酶可分解细胞质壁上的蛋白质，使得菌丝断裂变短［9］。不同时期的微丝菌的生长形态，在冬春季节时，是长头发丝状的卷曲菌丝体，丝体长度可以达到600 μm，其数量远远多于絮体量；夏季则呈现短杆状，长度只有100 μm左右，而且数量有限，显然这种丝状体不会对污泥沉降的性能产生影响。

      3.2批式试验结果

      为了降低污泥中微丝菌的数量，提高污泥的沉降性能，采取向活性污泥中加入化学药剂如杀菌剂和絮凝剂的方法。投加的化学药剂有消毒剂次氯酸钠，抗菌剂AFP，絮凝剂PAM及PAC。批式试验期间，所取实际氧化沟中起泡沫的活性污泥，其SVI值在200 mL/g左右。试验结果如下。

      两种化学药剂对活性污泥性状的影响分别见图4a和4b。

      图4a中白色柱为投加AFP组，投加量如下：1为空白，2为16.7g/kgMLSS，3为33.3g/kgMLSS，4为83.3g/kgMLSS，5为167.7g/kgMLSS；有色柱为投加NaCLO组，投加量如下：1为空白，2为28gCL/kgMLSS，3为140gCL/kgMLSS，4为280gCL/kgMLSS，5为1400gCL/kgMLSS。

      图4b中白色柱为投加PAM组，投加量如下：1为空白，2为2mg/L，3为4 mg/L，4为8mg/L，5为16mg/L；有色柱为投加PAC组，投加量如下：1为空白，2为50mg/L，3为100mg/L，4为200mg/L，5为400mg/L

      从图4中可见，化学药剂的投加可以明显提高污泥的沉降效果，随杀菌剂投加量增加SV30降低，加AFP的SV30变化相对平缓，氯剂量为167.7g/kgMLSS时对SVI影响较明显，SV30比对照减少50%；投加絮凝剂PAM和PAC在2 mg/L和50 mg/L时SV30与对照组相比减少70%，随剂量的增加，SV30略有升高。投加絮凝剂的SV30比杀菌剂的低。杀菌剂次氯酸钠和AFP对絮体性状的改善主要是杀灭其中的丝状细菌，使得丝状细菌长度变短，丧失架桥的功能，见图5。杀菌剂对丝状细菌的杀灭是不可恢复的，但由于杀菌剂同时也会对菌胶团细菌有杀灭作用，会影响出水的质量[8]。而絮凝剂PAM和PAC的加入则主要是促进絮体之间的结合，使得小块絮体凝结成大块絮体，加快絮体的沉淀，在较短的时间里达到较好的效果，对出水不会造成影响。由于絮凝剂不能杀灭丝状细菌，絮凝起作用的时间有限，不能从根本上解决丝状细菌的膨胀和泡沫问题。