目前,世界范圍內大多數城市污水處理廠(chǎng)采用活性污泥工藝。但是污泥異常問(wèn)題使得污水處理廠(chǎng)的操作、運行和控制都產(chǎn)生了一定的困難,嚴重影響了出水水質(zhì)。
1、污泥解體的概念及其解決辦法
1、污泥解體的原因
水質(zhì)渾濁、污泥絮凝體微細化,處理效果變壞等則是污泥解體現象。導致這種異?,F象的原因有:污泥中毒,微生物代謝功能受到損害或消失,污泥失去凈化活性和絮凝活性。
異常情況下為污水事故性排放所造成,應在生產(chǎn)中予以克服,或局部進(jìn)行預處理;正常運行時(shí),處理水量或污水濃度長(cháng)期偏低,而曝氣量仍為正常值,出現過(guò)度曝氣,引起污泥過(guò)度自身氧化,菌膠團絮凝性能下降,污泥解體,進(jìn)一步污泥可能會(huì )部分或完全失去活性。此時(shí),應調整曝氣量,或只運行部分曝氣池。
2、解決辦法
運行不當(如曝氣過(guò)量),會(huì )使活性污泥生物營(yíng)養的平衡遭到破壞,使微生物量減少且失去活性,吸附能力降低,絮凝體縮小質(zhì)密,一部分則成為不易沉淀的羽毛狀污泥,處理水質(zhì)混濁,SV%值降低等。當污水中存在有毒物質(zhì)時(shí),微生物會(huì )受到抑制傷害,凈化能力下降,或完全停止,從而使污泥失去活性。一般可通過(guò)顯微鏡觀(guān)察來(lái)判別產(chǎn)生的原因。當鑒別出是運行方面的問(wèn)題時(shí),應對污水量、回流污泥量、空氣量和排泥狀態(tài)以及SV、MLSS、DO、NS等多項指標進(jìn)行檢查,加以調整。當確定是污水中混入有毒物質(zhì)時(shí),應考慮這是新的工業(yè)廢水混入的結果,需查明來(lái)源,按國家排放標準加以處理。1. 絲狀菌膨脹活性污泥絮體中的絲狀菌過(guò)度繁殖,導致膨脹,促成條件包括F/M太低,微生物食料不足;pH值低;混合液溶解氧太低,不能滿(mǎn)足需要。通過(guò)活性污泥沉降性能、容積指數判斷絲狀菌發(fā)生膨脹的程度:
由于進(jìn)水中含有大量的溶解性有機物,使污泥負荷太高,而進(jìn)水中又缺乏足夠的N、P,或者DO(溶氧)不足,細菌很快把大量有機物吸入體內,又不能代謝分解,向外分泌出過(guò)量的多糖類(lèi)物質(zhì)。
這些物質(zhì)分子中含羥基而具有較強的親水性,使活性污泥的結合水高達400%(正常為100%左右),呈黏性的凝膠狀,無(wú)法在二沉池分離,并在曝氣池產(chǎn)生堆積性的泡沫。為防止污泥膨脹,首先應加強管理操作,經(jīng)常檢測污水水質(zhì)、曝氣池內溶解氧、污泥沉降比、污泥指數和進(jìn)行顯微鏡觀(guān)察,如發(fā)現異常情況應及時(shí)采取措施,如加大空氣量、及時(shí)排泥、在有可能時(shí)采取分段進(jìn)水,以減輕二沉池的負荷。
對于絲狀菌膨脹輕、中度可以通過(guò)調高PH,適量的殺菌劑來(lái)調整,對于高、重度絲狀菌膨脹,可以考慮放棄治療,清池投泥重新培養了。
對于非絲狀菌膨脹比較簡(jiǎn)單,筆者遇到非絲狀菌膨脹不下10多次了,手段就是降低負荷或者配齊CNP比就可以搞定了。引起活性污泥上浮的原因大致可分為二類(lèi)。一類(lèi)是由進(jìn)水水質(zhì)變化引起的,一類(lèi)是由工藝運行控制引起的。
1、進(jìn)水水質(zhì)引起活性污泥上浮
1、過(guò)量的表面活性物質(zhì)和油脂類(lèi)化合物
正常污水進(jìn)入曝氣池運轉時(shí),特定表面活性劑對有機物的部分降解作用形成泡沫,并使泡沫迅速增長(cháng)。這些泡沫一般呈白色且質(zhì)輕,當活性污泥達到成熟時(shí)消失。當污水中有過(guò)量的表面活性物質(zhì)時(shí),這類(lèi)物質(zhì)可以影響細胞質(zhì)膜的穩定性和通透性,使細胞的某些必要成分流失而導致微生物生長(cháng)停滯和死亡。在曝氣時(shí)所產(chǎn)生大量泡沫(氣泡),這些氣泡很容易附聚在菌膠團上,使活性污泥的比重降低而上浮。另外,當進(jìn)水含油脂量過(guò)高時(shí),經(jīng)過(guò)曝氣與混合,油脂會(huì )附聚在菌膠團表面,使細菌缺氧死亡,導致比重降低而上浮。
過(guò)高或過(guò)低的pH值會(huì )影響活性污泥微生物胞外酶及存在于細胞質(zhì)和細胞壁里酶的催化作用以及微生物對營(yíng)養物質(zhì)的吸收。當連續流曝氣反應池內pH<4.0或pH>11.0時(shí),多數情況下活性污泥中微生物活性受到抑制,或失去活性,甚至死亡,以致發(fā)生污泥上浮。
組成活性污泥的微生物適合的溫度范圍一般為15-35℃,超過(guò)45℃時(shí)會(huì )使活性污泥中大部分微生物死亡而上?。ń?jīng)過(guò)長(cháng)期馴化的或特殊微生物除外)。對進(jìn)水的pH值調整不能消除堿度對活性污泥的影響。對堿性進(jìn)水調pH值,雖然中和了堿性物質(zhì),但產(chǎn)生了鹽。鹽溶液濃度不同其滲透壓也不同,滲透壓是影響微生物生存的重要因素之一。如微生物所處的溶液滲透壓發(fā)生突變,就會(huì )導致細胞死亡。
對好氧活性污泥微生物有致毒作用的底物主要包括:含量過(guò)高的COD、有機物(酚及其衍生物,醇,醛和某些有機酸等)、硫化物、重金屬及鹵化物。高底物濃度可與細胞酶活動(dòng)中心形成穩定的化合物,導致基質(zhì)不能接近,無(wú)法被降解,甚至使細胞中毒死亡。重金屬離子進(jìn)入細胞后主要與酶或蛋白質(zhì)上的-SH基結合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細胞內不斷積累最終對微生物發(fā)生毒害作用(微動(dòng)作用)。鹵化物最常見(jiàn)的是碘和氯,碘不可逆地與菌體蛋白質(zhì)(或酶)的酪氨酸結合,生成二碘酪氨酸,使菌體失活。氯與水合成次氯酸,其分解產(chǎn)生強氧化劑。而且廢水中有機物的突變,使原被馴化好的并能降解有機毒物的微生物減少或消失。
2、工藝運行引起的活性污泥上浮
微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進(jìn)入衰老期,池中溶解氧濃度(DO)上升;或者由于污泥活性差,曝氣葉輪線(xiàn)速度過(guò)高,供氧過(guò)多??傊?,DO上升,短期內污泥活性可能很好,因為新陳代謝快,有機物分解也快,但時(shí)間一久,污泥被打得又輕又碎(但無(wú)氣泡),像雪花片似的飄滿(mǎn)沉淀池表面,隨水流走。這種污泥色淺,活性差,耗氧速率下降,污泥體積和污泥指數增高,處理效果明顯降低。
當廢水中有機氨化合物含量高或氨氮高時(shí),在適宜條件下可被硝酸菌和亞硝酸菌氧化為NO3-,如二沉池積泥或停留時(shí)間過(guò)長(cháng),NO3-還原產(chǎn)生的N2會(huì )被活性污泥絮凝體所吸附,使得活性污泥上浮。由于在二沉池或曝氣不足的地方會(huì )發(fā)生反硝化作用,使微小的氮氣氣泡釋放出來(lái),從而使污泥的密度減小,有利于活性污泥上浮。這種現象在二次沉淀池中表現明顯,且產(chǎn)生的懸浮泡沫通常不穩定。
回流量突增,會(huì )使氣水分離不徹底,曝氣池中的氣泡帶到沉淀區上浮,這種污泥呈顆粒狀,顏色不變。如果二沉池底泥發(fā)酵,產(chǎn)生的CO2和H2也會(huì )附聚在活性污泥上,使污泥比重降低而上浮。污泥腐化產(chǎn)生CH4、H2S后上浮,首先是一個(gè)個(gè)小氣泡逸出水面,緊接著(zhù)有黑色污泥上浮。
5、活性污泥絲狀菌過(guò)量生長(cháng)引起的污泥上浮當進(jìn)水N,P不足、PH太低、混合液溶解氧太低、進(jìn)水波動(dòng)太大等各種因素影響下,造成絲狀菌和放線(xiàn)菌等微生物的異樣生長(cháng),絲狀菌的比生長(cháng)速率高于了菌膠團細菌,又由于絲狀菌的比表面積較大,因此,絲狀菌在取得污水中BOD5物質(zhì)和氧化BOD5物質(zhì)所需要的氧氣方面都比菌膠團細菌有利得多,結果曝氣池中絲狀菌成為優(yōu)勢菌種而大量增值,導致生物泡沫的產(chǎn)生。再加上這些微生物大都呈絲狀或枝狀,易形成網(wǎng),能捕掃微粒和氣泡等,并浮到水面。被絲網(wǎng)包圍的氣泡,增加了其表面的張力,使氣泡不易破碎,而引起成片污泥上浮。
根據活性污泥上浮機理及其影響因素,可采用物理化學(xué)和生物的方法對污泥上浮進(jìn)行控制。
利用終水回流,噴灑的水流能打碎浮在二沉池水面的氣泡及上浮污泥,以減少活性污泥的上浮。但不能根本消除污泥上浮現象,是一種最常用最簡(jiǎn)便的物理方法。
曝氣池人口設中和池及由堿池、酸池、pH檢測儀、pH自動(dòng)調節閥等組成的pH自動(dòng)調節系統,使曝氣池進(jìn)水的pH值控制在要求范圍內。 由于工業(yè)廢水中營(yíng)養比例失調,常常碳源充分而氮、磷等營(yíng)養物不足,因此處理工業(yè)廢水時(shí)須另外補加。一般以尿素和磷酸鹽為氮源和磷源,但投加量不宜過(guò)量。進(jìn)水中含有過(guò)量的表面活性物質(zhì)、油脂類(lèi)化合物及對好氧活性污泥微生物有致毒作用的底物時(shí),應在曝氣池前設置終水回流調節池,用以稀釋、調節曝氣池進(jìn)水中的有機物濃度,使其穩定在一定范圍內,終水回流的先決條件是污水處理廠(chǎng)的處理能力必須大于實(shí)際進(jìn)水量。
2、生物方法控制活性污泥上浮
生物選擇器有好氧選擇器和缺氧選擇器兩種,其目的就是使進(jìn)入曝氣池的污水先于回流污泥在其中充分混合,通過(guò)調節F/M、DO等因素,選擇性的發(fā)展絮凝體形成菌,抑制絲狀菌等的過(guò)度增殖。在設計選擇器時(shí),選擇器需要分格設置,一般多采用4~6格;盡量提高選擇器第一格的F/M值,形成F/M梯度;還要控制選擇器的水力停留時(shí)間,一般為10~15分鐘。活性污泥的微生物組成主要依賴(lài)于廢水成分、流動(dòng)形式、運行條件和適宜的設計。由于在實(shí)際處理過(guò)程中幾乎難以控制廢水成分,因此對運行條件進(jìn)行優(yōu)化選擇來(lái)控制活性污泥上浮至關(guān)重要。由于缺氧或污泥中毒引起的污泥上浮可以加大曝氣量,減少進(jìn)水量并清除死污泥。一般采用降低曝氣池中污泥的停留時(shí)間,以抑制有較長(cháng)生長(cháng)期的放線(xiàn)菌的生長(cháng)。有實(shí)踐證明,當污泥停留時(shí)間在5~6 d時(shí),以避免由其產(chǎn)生的污泥上浮問(wèn)題。
4、泡沫問(wèn)題的概念及其解決辦法
活性污泥工藝運行啟動(dòng)初期,由于污水中含有一些表面活性物質(zhì),易引起表面泡沫。但隨著(zhù)活性污泥的成熟,這些表面活性物質(zhì)經(jīng)微生物降解,泡沫現象會(huì )逐漸消失。如果污水廠(chǎng)進(jìn)行硝化反應,則在反硝化池、二沉池或曝氣不足的地方會(huì )發(fā)生反硝化作用,產(chǎn)生氮等氣泡而帶動(dòng)部分污泥上浮,出現泡沫現象。由于絲狀微生物的異常生長(cháng),與氣泡、絮體顆?;旌隙傻呐菽哂蟹€定、持續、較難控制的特點(diǎn)。
生物泡沫對污水廠(chǎng)的正常運行是非常不利的:在曝氣池或二沉池中出現大量絲狀微生物,在水面上漂浮、積聚大量泡沫,造成出水有機物濃度和懸浮固體升高,產(chǎn)生惡臭或不良有害氣體,降低機械曝氣方式的氧轉移效率,可能造成后期污泥消化時(shí)產(chǎn)生大量表面泡沫。
這是一種最常用的物理方法。通過(guò)噴灑水流或水珠以打碎浮在水面上的氣泡,來(lái)減少泡沫。打散的污泥顆粒部分重新恢復沉降性能,但絲狀細菌仍然存在于混合液中,所以不能從根本上消除泡沫現象。
可采用具有強氧化性的殺菌劑,如氯、臭氧和過(guò)氧化物等。還有利用聚乙二醇、硅酮生產(chǎn)的市售藥劑,以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等。藥劑的作用僅僅能降低泡沫的增長(cháng),卻不能消除泡沫的形成。而廣泛應用的殺菌劑普遍存在副作用,因為過(guò)量或投加位置不當,會(huì )大量降低反應池中絮成菌的數量及生物總量。一般采用降低曝氣池中污泥的停留時(shí)間,以抑制有較長(cháng)生長(cháng)期的放線(xiàn)菌的生長(cháng)。已有試驗表明,采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法,能控制曝氣池表面的氣泡形成。有研究提出,一部分特殊菌種可以消除Nocardia菌的活力,其中包括原生動(dòng)物腎形蟲(chóng)等。另外,增加捕食性和拮抗性的微生物,對部分泡沫細菌有控制作用。