SBR工艺中污泥负荷对丝状菌污泥膨胀的影响

周利 彭永臻 高春娣 丁峰
(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院)

　　摘　要 在严格控制SBR工艺试验运行条件下，就污泥负荷对丝状菌污泥膨胀的影响规律进行了研究。结果表明，高污泥负荷不仅不是导致污泥膨胀的因素，而且对污泥膨胀有抑制作用；在污泥负荷降低到一定程度(“临界负荷”)后，SVI迅速升高，加速污泥膨胀的发生。还发现，进水底物浓度与“临界负荷”及低于“临界负荷”后污泥膨胀的最大程度SVI_max之间呈负相关关系，且都可用微生物的选择性理论来解释。
　　 关键词 污水处理 SBR 丝状菌膨胀 污泥负荷 SVI

　　 污泥膨胀可分为由丝状菌和非丝状菌引起两大类，但由前者引起的膨胀占95%以上。影响污泥膨胀的因素有很多^［1］，其中污泥负荷被认为是最重要的因素之一。污泥负荷与污泥膨胀之间的关系非常复杂，原因是还有其他因素起协同作用，因此，研究者在不同的研究条件下不免得出不尽相同甚至相互矛盾的研究结果。例如，Pipes调查了32个活性污泥处理厂，发现污泥负荷在0.25～0.45kgCOD/(kgMLSS·d)范围内污泥沉降性能好，超出这个范围会导致SVI值升高。Chao和Keinath在研究中发现^［2］，负荷在0.6～1.3kgCOD/(kgMLSS·d)和大于1.8kgCOD/(kgMLSS·d)时易发生污泥膨胀。德国一研究组经过多年的调查研究指出^［3］，当完全混合式曝气池中比较频繁地出现污泥膨胀时，其负荷小于0.05kgBOD/(kgMLSS·d)；而推流式曝气池中污泥负荷超过0.5kgBOD/(kgMLSS·d)时才出现污泥膨胀。
　　 针对目前关于污泥膨胀的研究中肯定污泥负荷是重要的影响因素但其结果又比较混乱的状况，利用SBR能够严格控制试验条件的特点，进行了污泥负荷对污泥膨胀影响的试验研究。因为在活性污泥法污水处理厂中，污泥负荷最容易随进水水质水量变化而波动，成为影响污泥膨胀的首要因素。

1 试验装置与方法

　　 试验中以化工和啤酒两种工业废水作为研究对象。化工废水中主要含有乙酸、苯酐、偏苯酸三酸、油脂等有机物，啤酒废水主要含有各种糖类、色素、蛋白质、多种氨基酸等有机物，二者都是常见的易于发生污泥膨胀的工业废水。
　　 试验装置及控制系统如图1所示。SBR反应器为圆柱型，有效容积38 L，底部采用微孔曝气头，外部缠有电热丝并通过温控仪控制反应器内恒温20 ℃，在线检测DO和ORP。进水方式为一次性加注。
　　 试验中严格控制如进水底物浓度、起始污泥浓度、曝气量及反应时间等试验条件。为了专门研究污泥负荷对污泥膨胀的影响，对其他能够影响污泥膨胀的因素也进行严格的控制，使其不能成为污泥膨胀的有利因素。为此，在试验中：
　　 ① 溶解氧浓度≥3.0 mg/L；
　　 ② 反应器进水中的N、P含量通过投加氯化铵和磷酸二氢钾来调节，根据水中有机物浓度控制在BOD₅∶N∶P=100∶5∶1；
　　 ③ pH值控制在6.5～8.5；
　　 ④ 反应器内污泥浓度控制在2 000 mg/L左右。

　　 根据SBR的特点，反应器内的污泥负荷可以用进水底物浓度和反应时间来控制，污泥负荷可用以下公式计算：

　　N_s=[S₀V₁/X(V₁+V₂)]·(T/24)
　　式中 　N_s--反应器内污泥负荷，kgCOD/(kgMLSS·d)
　　　　　S₀--进水底物浓度(COD_Cr)，mg/L
　　　　　V₁--反应器一次进水量，L
　　　　　V₂--进水前反应器内原有污泥体积，L
　　　　　T--一个周期中曝气时间，h
　　　　　X--反应期间平均污泥浓度，以MLSS计，mg/L

2 试验结果与分析

2.1 高负荷对污泥膨胀的影响
　　 试验结果表明，在保证溶解氧不缺乏的前提下，高负荷不会引起污泥膨胀，相反，在一定的高负荷下对沉降性能较差的污泥具有改善作用。图2和图3分别是化工废水和啤酒废水在进水COD为1000 mg/L、污泥负荷为6.7kgCOD/(kgMLSS·d)左右时SVI的变化情况。
2.2 降低负荷对污泥膨胀的影响
2.2.1 SVI随污泥负荷降低的变化规律
　　 为了研究低负荷对污泥沉降性能的影响，试验中使污泥负荷由高逐渐降低，考察不同负荷下的SVI变化情况。试验表明，SVI值随着负荷的降低呈规律性变化；在一定的高负荷范围内，SVI值比较稳定，而后随着负荷的降低SVI值缓慢升高；当负荷降低到一定程度(本文称之为“临界负荷”)后，SVI迅速升高，污泥发生膨胀。图4显示了进水COD为1 000 mg/L时，两种废水的SVI值随污泥负荷降低的变化情况。

　　　　

2.2.2 进水底物浓度与“临界负荷”的关系
　　 进水COD浓度分别为1 000 、800、500、300、200 mg/L，在每一个浓度下都进行了改变反应时间、降低负荷的试验。结果表明，进水底物浓度对“临界负荷”有明显的影响，其规律是高进水底物浓度条件下的“临界负荷”小于低进水底物浓度下的“临界负荷”，即在相同的低负荷条件下，进水底物浓度越高越不易发生污泥膨胀，如图5所示。这种现象可以从Chudoba的微生物选择性理论得到合理的解释^［4］。该理论认为，由于引起污泥膨胀的丝状菌的最大比增长速率μ_max和饱和常数K_s比胶团菌的小，因此在高底物浓度下，胶团菌具有较高的增殖速率而占优势；在低底物浓度下丝状菌具有较高的增殖速率而占优势，如图6所示。对SBR工艺来说，反应初始阶段反应器内的底物浓度很高，反应器实际上起了选择器的作用，进水底物浓度越高，其选择器作用就越大，丝状菌的生长越受到抑制，因此出现了“临界负荷”随进水底物浓度增高而降低的结果。

　　　　

2.2.3 进水底物浓度与SVI_max关系
　　 在试验中，当污泥负荷低于“临界负荷”而污泥发生膨胀后，通常SVI迅速持续升高后稳定在某一个值(SVI_max)左右，即随污泥负荷在一定范围内进一步降低SVI基本保持不变。试验结果表明，进水底物浓度与SVI_max之间有着与“临界负荷”之间同样的关系，即进水底物浓度越高，发生污泥膨胀时的SVI_max相对越低，如图7所示。这个试验结果也可用图6所示的选择性理论来解释。

3 结论

　　 ① 在保证反应器内有足够溶解氧的条件下，高污泥负荷不仅不会引起污泥膨胀，而且还有抑制丝状菌繁殖与控制污泥膨胀的作用。
　　 ② 在一定条件下，污泥负荷降低至某一数值后，导致丝状菌迅速繁殖加速污泥膨胀的发生，本文称之为“临界负荷”；还发现“临界负荷”与反应器进水底物浓度呈负相关关系。
　　 ③ 在一定条件下，低负荷污泥发生膨胀后，污泥膨胀的最大程度SVI_max与在一定范围内再进一步降低污泥负荷无关，而与反应器进水底物浓度呈负相关关系。

参考文献

　　1 周利，彭永臻等.丝状菌污泥膨胀的影响因素与控制.环境科学进展，1999
　　2 Chao A C，Keinath T M.Influence of process loading indensity on sludge clarification and thickening characteristics.Water Research, 1979;13
　　3 德国污水工程协会.污泥膨胀和上浮的防止与控制.王宝贞译
　　4 Chudoba J，Grau P，Ottva V.Control of activated sludge filamentous bulkingⅡ.Selection of Microorganisms by Means of a Selector.Water Research,1973;7

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　　作者简介：周利 博士研究生
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　　(收稿日期 1998-12-04)