t污泥活性抑制和污泥上浮的檢測及控制

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。t污泥活性抑制和污泥上浮的檢測及控制污泥活性抑制和污泥上浮的檢測及控制污泥活性抑制和污泥上浮的檢測及控制在采用活性污泥法處理廢水的運行過程中，有多種原因可引起曝氣池活性污泥的活性受到抑制而導(dǎo)致微生物性質(zhì)和類群的改變、有機底物的去除率下降。有些微生物（如絲狀菌）的過量增長會形成泡沫（foam）或浮渣（scum），運行時機械應(yīng)力、挾裹氣泡等均會使活性污泥的比重降低而上浮飄走，不僅增加了出水中的懸浮固體量，而且會大大降低生物反應(yīng)系統(tǒng)中活性污泥的活性和數(shù)量。本文在閱讀大量國內(nèi)外文獻基礎(chǔ)上，對導(dǎo)致活性污泥活性抑制

2、與上浮的原因、檢測分析方法和控制技術(shù)進行了討論。1 引起活性污泥上浮的主要因素1.1 進水水質(zhì)1.1.1 過量的表面活性物質(zhì)和油脂類化合物這類物質(zhì)可以影響細(xì)胞質(zhì)膜的穩(wěn)定性和通透性，使細(xì)胞的某些必要成分流失而導(dǎo)致微生物生長停滯和死亡。當(dāng)曝氣池進水中含有大量這類物質(zhì)時，會產(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(dāng)進水含油脂量過高時，經(jīng)過曝氣與混合，油脂會附聚在菌膠團表面，使細(xì)菌缺氧死亡，導(dǎo)致比重降低而上浮1-3。1.1.2 pH值沖擊過高或過低的pH值會影響活性污泥微生物胞外酶及存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞壁里酶的催化作用以及微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。當(dāng)連續(xù)流曝氣

3、反應(yīng)池內(nèi)pH4.0或pH11.0時，多數(shù)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4。用SBR法處理啤酒廢水和化工廢水的實驗結(jié)果表明：當(dāng)進水pH值為2.55.0和10.012.0時，pH值越低（或越高），污泥活性受抑制越嚴(yán)重，上浮污泥量越多?？刂频蚿H值（3.5-7.0）的反應(yīng)周期內(nèi)pH值不變，兩種廢水的活性污泥在pH5.5時就開始出現(xiàn)污泥上浮5-6。另一方面，隨著pH值的增加，由于胞外聚合物（Extra CelluarPolymer）的電離官能團增加，活性污泥絮凝作用增加（盡管帶的負(fù)電性增加），但當(dāng)pH值超過一定范圍后，絮凝作用下降?？梢?，這時的電排斥作用增加

4、，也會造成活性污泥脫絮（懸浮、不絮凝、反絮凝（deflocculation）和上浮6。1.1.3 鹽含量的影響對進水的pH值調(diào)整不能消除堿度對活性污泥的影響。對堿性進水調(diào)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一7。如微生物所處的溶液滲透壓發(fā)生突變，就會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。1.1.4 水溫過熱組成活性污泥的微生物適合的溫度范圍一般為1535，超過45時會使活性污泥中大部分微生物死亡而上?。ń?jīng)過長期馴化的或特殊微生物除外）8。另外，Klaus Kriebitzsch等在用SBR工藝測定溫度對細(xì)胞內(nèi)酶活性影響的試驗中也發(fā)現(xiàn)，溫度在20、30

5、和40時酶活性較好，大于50之后，酶的活性明顯下降。1.1.5 致毒性底物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(xì)胞酶活動中心形成穩(wěn)定的化合物，導(dǎo)致基質(zhì)不能接近，無法被降解，甚至使細(xì)胞中毒死亡。重金屬離子進人細(xì)胞后主要與酶或蛋白質(zhì)上的-SH基結(jié)合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細(xì)胞內(nèi)不斷積累最終對微生物發(fā)生毒害作用（微動作用）。鹵化物最常見的是碘和氯，碘不可逆地與菌體蛋白質(zhì)（或酶）的酪氨酸結(jié)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

6、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。1.2 工藝運行1.2.1 過量曝氣微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進人衰老期，池中溶解氧濃度（DO）上升；或者由于污泥活性差，曝氣葉輪線速度過高，供氧過多?？傊?，DO上升，短期內(nèi)污泥活性可能很好，因為新陳代謝快，有機物分解也快，但時間一久，污泥被打得又輕又碎（但無氣泡），象霧花片似的飄滿沉淀池表面，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(shù)增高，處理效果明顯降低。1.2.2 缺氧引起的污泥上浮污泥呈灰色，若缺氧過久則呈黑色，并常帶有小氣泡。1.2.3 反硝化引起的污泥上浮當(dāng)廢水中有機氨化合物含量高或氨氮高時，在適宜

7、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間過長，NO3-還原產(chǎn)生的N2會被活性污泥絮凝體所吸附，使得活性污泥上浮。1.2.4 回流量太大引起的污泥上浮回流量突增，會使氣水分離不徹底，曝氣池中的氣泡帶到沉淀區(qū)上浮，這種污泥呈顆粒狀，顏色不變，上翻的方向是從導(dǎo)流區(qū)壁直向沉淀區(qū)壁成湍流翻動。1.2.5 二沉池池底積泥引起的污泥上浮如果二沉池底泥發(fā)酵，產(chǎn)生的CO2和H2也會附聚在活性污泥上，使污泥比重降低而上浮。污泥腐化產(chǎn)生CH4、H2S后卜浮，首先是一個個小氣泡逸出水面，緊接著有黑色污泥上浮。1.3 活性污泥絲狀菌過量生長及其控制產(chǎn)生的污泥上浮1.3.1 溫度與負(fù)荷微絲菌（Mo

8、crothrix patvicella）的最佳生長條件是溫度在1215，污泥負(fù)荷小于0.1kg/（kg·d）。它的天然疏水性會引起活性污泥的脫水性差，最高為490mL/g。在溫度高于20后、即使污泥負(fù)荷是0.2kg/(kg·d)，M.parvicella也不增值。它打碎成3080m的碎片，成浮渣形式而上浮。1.3.2 表面活性物質(zhì)、類脂化合物及機械應(yīng)力作用引起低負(fù)荷膨脹和污泥上浮的最頻繁的絲狀菌是：微絲菌、0092型、0041型。在進水中表面活性物質(zhì)和類脂化合物濃度的升高、接種和機械應(yīng)力也會引起放線菌（Actinomycetes）的增長。Kappeleretal觀察到機械應(yīng)

9、力（如離心泵）損壞緊密的活性污泥絮凝體并導(dǎo)致微絲菌的過量增長9。1.3.3 過量投加絲狀菌抑制劑在曝氣池流出槽中注人過氧化氫，數(shù)天后，絲狀菌就消失，SVI從580mL/g下降至178mL/g。且過氧化氫也有確保曝氣池DO和去除H2S臭味的效果。但若加人量太多會引起活性污泥的活性抑制及污泥上浮。2 活性污泥活性抑制與上浮的檢測方法2.1 測定污泥的耗氧速率（OUR）和 ATP測定活性污泥的耗氧速率（OUR），可判斷有無毒物流入、負(fù)荷條件和排泥平衡情況10。若同時測定三磷酸腺苦（ATP），還可以從處理機能方面對微生物量和活性度進行定量分析。根據(jù)P.E.Jorgensen等的研究表明，測定ATP含量

10、和OUR是檢測生物量活性的可靠方法。2.2 利用指示生物診斷活性污泥狀態(tài)和性能用顯微鏡對活性污泥中的微生物進行鏡檢，其中的原生動物和后生動物（統(tǒng)稱為微型動物）相對比細(xì)菌個體大，在顯微鏡下易于觀察、鑒別和計數(shù)，且對外界環(huán)境條件的變化更為敏感，作為指示生物來診斷活性污泥的狀態(tài)和性能，在工程實踐中已有較廣泛應(yīng)用。這種指示作用概括于表1中。表1微型動物對活性污泥狀態(tài)和性能的指示作用微型動物鏡檢情況活性污泥狀態(tài)鐘蟲、遁纖蟲、累枝蟲、聚縮蟲、獨縮蟲等固著型原聲動物和輪蟲等后生動物大量出現(xiàn)（106個/L）良好微型動物種類高度多樣化，沒有占絕對優(yōu)勢數(shù)量的微生物波豆蟲、尾波蟲、側(cè)滴蟲、屋滴蟲、豆形蟲、草履蟲等快

11、速游泳型原生動物較多惡化嚴(yán)重惡化時微型動物極少，或被一種（或一組）占優(yōu)勢漫游蟲、斜葉蟲、管葉蟲等慢速游泳型或匍匐行進的原生動物較多惡化良好可觀察到微型動物，但個體數(shù)比正常污泥害臊，蠕動纖毛類叫少。球衣菌、絲硫菌、微絲菌、放線菌大量出現(xiàn)膨脹、泡沫和浮渣變形蟲和簡便蟲等肉足類原生動物的個數(shù)在混合液中出現(xiàn)104個/mL分散、解體新態(tài)蟲、扭頭蟲、草履蟲出現(xiàn)較多溶解氧（DO）不足輪蟲和變形蟲大量出現(xiàn)曝氣過剩3 控制污泥上浮的技術(shù)措施穩(wěn)定曝氣池進水水質(zhì)的最可行、最經(jīng)濟的方法是終水回流，用以稀釋、調(diào)節(jié)曝氣池進水中的有機物濃度，使其穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，終水回流的先決條件是污水處理廠的處理能力必須大于實際進水量。

12、污水處理廠應(yīng)考慮設(shè)有較大容積的調(diào)節(jié)池（均質(zhì)池）并控制好均質(zhì)池（調(diào)節(jié)池）液位。因高液位會使均質(zhì)池的水量緩沖能力下降，甚至喪失；而低液位運行不僅均質(zhì)效果差，且易使油和均質(zhì)池底的雜質(zhì)進人曝氣池，造成活性污泥受沖擊而上浮。液位宜控制在5070。合理投加營養(yǎng)鹽。由于工業(yè)廢水中營養(yǎng)比例失調(diào)，常常碳源充分而氮、磷等營養(yǎng)物不足，因此處理工業(yè)廢水時須另外補加。一般以尿素和磷酸鹽為氮源和磷源，但投加量不宜過量。曝氣池人口設(shè)中和池及由堿池、酸池、pH檢測儀、pH自動調(diào)節(jié)閥等組成的pH自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使曝氣池進水的pH值控制在要求范圍內(nèi)。 采用純氧曝氣。從西德引進的純氧曝氣裝置，投產(chǎn)5a以來從未出現(xiàn)污泥上浮。污泥中毒引

13、起的污泥上浮可以加大曝氣量，減少進水量并清除死污泥?；钚晕勰嗟奈⑸锝M成主要依賴于廢水成分、流動形式、運行條件和適宜的設(shè)計。由于在實際處理過程中幾乎難以控制廢水成分，因此對運行條件和反應(yīng)器設(shè)計進行優(yōu)化選擇至關(guān)重要。污泥減量新工藝探討活性污泥法是目前應(yīng)用最廣泛的污水生物處理工藝，但會產(chǎn)生大量剩余污泥"對普通活性污泥法來說，初沉池產(chǎn)生的污泥量約為污水處理量的0.2%0.3%(污泥含水率為95%97%)，二沉池排出的剩余活性污泥量約為污水處理量的1%2%(污泥含水率為99.4%99.6%)"從20世紀(jì)90年代開始，各種污泥減量化技術(shù)得到了迅速發(fā)展，目前可能應(yīng)用于實踐的新型污泥減量

14、工藝主要有兩段式好氧生物反應(yīng)器1、投加解耦聯(lián)劑、好氧-沉淀-厭氧工藝、回流污泥溶胞工藝等。 1 投加解耦聯(lián)劑微生物正常情況下的分解代謝和合成代謝通過腺苷三磷酸(ATP)和腺苷二磷酸(ADP)之間的轉(zhuǎn)化耦聯(lián)在一起，即分解一定的底物，將有一定比例的生物體合成。但在特殊情況下，底物被氧化的同時，ATP不大量合成或者合成以后迅速由其他途徑釋放，這樣細(xì)菌在正常分解底物的同時，自身合成速度減慢"投加解耦聯(lián)劑是實現(xiàn)這種代謝解耦聯(lián)的方法之一。解耦聯(lián)劑通常為脂溶性小分子物質(zhì)且一般含有酸性基團，其作用機理是通過與H+的結(jié)合降低細(xì)胞膜對H+的阻力，攜帶H+跨過細(xì)胞膜，使膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度梯度降低。降低后的質(zhì)

15、子濃度梯度不足以驅(qū)動ATP合成酶合成ATP，從而減少了氧化磷酸化作用所合成的量，氧化過程中所產(chǎn)生的能量最終以熱的形式被釋放掉，從而降低剩余污泥產(chǎn)生量。Starand等2比較了12種解耦聯(lián)劑，試驗結(jié)果表明三氯苯酚(TCP)最有效。在試驗開始階段，投加的傳統(tǒng)活性污泥工藝中污泥產(chǎn)率是不投加的50%;但80d后隨著反應(yīng)器內(nèi)TCP水平的降低，污泥產(chǎn)率增加。Chen等3研究了3，3'，4'，5-四氯水楊酰苯胺(TCS)在活性污泥法中的減量效果。當(dāng)TCS投加量為0.8/時污泥產(chǎn)率減少40%，而且沒有影響底物的去除效率。當(dāng)達(dá)到1.2mg/l時，沒有影響到大腸桿菌個體大小和細(xì)胞分裂，但大腸桿菌的

16、ATP含量和干密度有所減少。謝敏麗等4比較了4種解耦聯(lián)劑(對氯酚、間氯酚、間硝基酚和鄰硝基酚)，結(jié)果表明間氯酚在減少污泥產(chǎn)率方面是最有效的，同時對污水的處理效果影響較小，當(dāng)間氯酚的濃度為20mg/l時污泥產(chǎn)率下降了86.9%，對的去除率下降了13.2%。投加解耦聯(lián)劑減量剩余污泥的最大優(yōu)勢是不需要對現(xiàn)有污水處理工藝做大的改進，只需增設(shè)投藥裝置即可。但有關(guān)氧化磷酸化解耦聯(lián)的機理還有許多不明之處，需要結(jié)合生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及毒理學(xué)方面的方法和理論作進一步研究。目前解耦聯(lián)劑在實際應(yīng)用中存在以下問題:投加的解耦聯(lián)劑在較長時間后由于微生物的馴化而被降解，從而失去解耦聯(lián)作用;加入解耦聯(lián)劑后雖然污泥的產(chǎn)量

17、降低了，但需要更多的氧去氧化未能轉(zhuǎn)化成污泥的有機物，從而使供氧量增加;目前試驗中投加解耦聯(lián)劑的量一般在1100/，用量很大，需要對運行費用作深入分析;解耦聯(lián)劑通常是較難生物降解或?qū)ι镉休^大毒性的化合物，微生物對解耦聯(lián)劑的降解不完全有可能導(dǎo)致潛在的環(huán)境安全問題。2 好氧-沉淀-厭氧工藝好氧-沉淀-厭氧工藝(OSA，Oxic-Settling-Anaerobic)也是基于代謝解耦聯(lián)理論的污泥減量工藝。其基本原理是，在常規(guī)活性污泥法的污泥回流過程中設(shè)置一個厭氧段，使微生物交替進入好氧和厭氧環(huán)境，細(xì)菌在好氧階段所獲ATP不能立即用于合成新的細(xì)胞，而是在厭氧段作為維持細(xì)胞生命活動的能量被消耗。微生物分

18、解和合成代謝相對分離，而不像通常條件下緊密耦聯(lián)，從而達(dá)到污泥減量的效果。工藝示意圖見圖1。圖1 工藝示意圖Chudoba等5發(fā)現(xiàn)OSA工藝比傳統(tǒng)活性污泥工藝污泥產(chǎn)率降低20%65%，SVI值(60ml/g)也比傳統(tǒng)活性污泥工藝的(200ml/g)低，即OSA工藝可改善污泥的沉降性能。同時，由于OSA的流程和除磷工藝流程相似，有利于除磷菌的生長，對磷的去除優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。也有研究者認(rèn)為OSA系統(tǒng)污泥減量的原因不僅僅是能量解耦聯(lián)，Chen等6發(fā)現(xiàn)在OSA系統(tǒng)中，當(dāng)厭氧池中氧化還原電位 (ORP)保持在-250mV時，剩余污泥減量50%，對出水沒有影響且污泥的沉降性能更好;他通過試驗比較了能量解

19、耦聯(lián)、捕食者生長、微生物促進有機質(zhì)溶解和污泥腐化破解等因素的影響，認(rèn)為厭氧池中污泥腐化破解是促進OSA系統(tǒng)污泥產(chǎn)生量減少的主要原因。國內(nèi)朱振超等7采用好氧-沉淀-兼氧活性污泥工藝使上海錦綸廠廢水處理站的剩余污泥達(dá)到零排放。在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，污泥產(chǎn)量隨著污泥負(fù)荷增加而增加，但在OSA工藝中污泥產(chǎn)量反而下降，而且OSA還可以改善污泥的脫水性能，增加除磷能力，因此OSA工藝可以應(yīng)用在進水有機物濃度較高的條件下，具有較廣闊的發(fā)展前景。OSA工藝的不足是水力停留時間較長(是常規(guī)活性污泥法的兩倍)，而且需要設(shè)置厭氧段，增加了基建費用和占地面積。3 回流污泥溶胞工藝根據(jù)污水生物處理工藝中微生物的代謝特性

20、污水中的有機物一部分被微生物分解提供其生命活動的能量，最終代謝為二氧化碳和水分等;另一部分用來增殖，將有機物轉(zhuǎn)化為新的生物體。如果增長的生物體可以作為微生物的底物并重復(fù)上述代謝過程就可以減少污泥的產(chǎn)生量。微生物基于自身細(xì)胞溶解形成的二次基質(zhì)的生長方式稱之為隱性生長(Cryptic growth或Death-regeneration)。隱性生長過程包括溶胞和生長，其中污泥細(xì)胞自身的解體是污泥降解的限速步驟，可以利用各種物理、化學(xué)和生物方法加速這一步驟。這種方法在工程上便于實現(xiàn)，只要在回流污泥管路上增加溶胞系統(tǒng)即可。物理溶胞方法主要包括加熱!機械破碎、超聲破解等，其能耗較高，而且需要專門的設(shè)備，此

21、外污泥菌體破解后，細(xì)胞壁碎片等生物難降解物進入污水中會引起出水中COD、SS有所增加8，同時由于系統(tǒng)排泥量減少，如果單位排泥中的氮磷含量保持不變，出水中的氮和磷會增加?；瘜W(xué)溶胞方法包括臭氧溶胞、過氧乙酸溶胞、氯氣溶胞等，其中臭氧研究最多。臭氧可以破壞細(xì)胞壁、細(xì)胞膜而使蛋白質(zhì)、多聚糖、脂肪、核酸等從細(xì)胞中釋放出來。Kamiya等9發(fā)現(xiàn)間歇式臭氧氧化效果優(yōu)于連續(xù)式，間歇式操作時臭氧投加量為9.011.0mg/(gSSd)即可使污泥減量50%，而要達(dá)到同樣的減量效果，連續(xù)式操作所需的臭氧投加量為30 mg/(gSSd).金瑞洪等10利用SBR和污泥臭氧化及回流裝置組成污水處理系統(tǒng)，在當(dāng)臭氧投加量為0.0gO3/gSS且污泥回流量為0.4l/(l.d)時，污泥觀測產(chǎn)率可接近零，而且系統(tǒng)COD去除率、污泥沉降性能無明顯變化。利用氯氣對污泥進行減量的原理和臭氧相同，Saby等在氯的投加量為133