某制革廠生產(chǎn)過程中每天產(chǎn)生1500m3廢水，生化采用兩套單溝的Carrousel型氧化溝，幾年來運(yùn)行狀況良好，2004年夏天二沉池出現(xiàn)大面積污泥上浮，PH降至6左右，生化系統(tǒng)處理能力下降。

1．工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行狀況

廢水CODcr 、NH3濃度分別為6000mg/L、300 mg/L左右，采用物化+氧化溝工藝，其工藝流程見圖1。

圖1：廢水處理工藝流程圖

運(yùn)行幾年來，狀況一直良好，其生化處理段部分指標(biāo)如表1所示，其SV在90%以上，鏡檢可以發(fā)現(xiàn)大量的絲狀菌，但并未對二沉池出水產(chǎn)生多大影響，生化處理段出水非常清澈，濁度一般小于10NTU。

表1：2004年以前生化段處理結(jié)果（單位：mg/L，PH無量綱）

從04年4月分開始二沉池出現(xiàn)大面積污泥上浮并流失，同時(shí)氧化溝內(nèi)混合液PH降至6左右，污泥增長減緩，取消剩余污泥排放并全部回流至氧化溝， SV仍降至20%左右，SVI在40~50ml/g，污泥活性變差，此時(shí)生化處理出水CODcr高于150mg/L，處理效果明顯比以前差了。在調(diào)節(jié)池中加入石灰，但兩個(gè)月下來均沒有效果。到10月分氣溫降了下來，沉淀池浮泥才逐漸減少并最終消失，但氧化溝內(nèi)PH偏低的現(xiàn)象沒有多大改變。

2．硝化反應(yīng)消耗堿度導(dǎo)致生化系統(tǒng)PH下跌

到05年4月上旬在測SV時(shí)發(fā)現(xiàn)，沉淀一段時(shí)間后量筒底部的污泥像木塞一樣，緩緩的上浮，泥中夾雜著大量的小氣泡，這是二沉池污泥上浮的先兆。取氧化溝內(nèi)混合液加堿調(diào)節(jié)PH至7左右，曝氣一段時(shí)間后，再測其PH又跌至6以下，再加堿調(diào)節(jié)、曝氣也是同樣的結(jié)果。這跟在調(diào)節(jié)池內(nèi)加石灰而PH始終升不上去可能是同樣的原因。取混合液就其氨氮和PH兩個(gè)指標(biāo)做進(jìn)一步研究，分兩份，一份靜置，另一份曝氣對比分析。4個(gè)小時(shí)后測其氨氮和PH，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后將曝氣那份加大曝氣量再曝4個(gè)小時(shí)，其結(jié)果如表2所示。

表2：實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

由：NH+4+2O2→NO-3+2H++H2O知硝化反應(yīng)會消耗堿度，使PH降低。從上述實(shí)驗(yàn)的兩次曝氣的數(shù)據(jù)對比可以看出，曝氣過程中PH和氨氮變化趨勢基本是一致的。而靜置那份時(shí)則由于厭氧反硝化反應(yīng)的作用，由：6 NO-3+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH- 知反硝化過程會增加堿度，而上述實(shí)驗(yàn)測試正是PH值略有上升。由此可知對混合液進(jìn)行曝氣是由于發(fā)生了硝化反應(yīng)致使堿度被消耗，隨著PH的降低，消化反應(yīng)的生物化學(xué)過程也受到了越來越大程度的抑制，最終PH穩(wěn)定在5.5左右。

可以判定，氧化溝中PH的降低是因?yàn)橄趸磻?yīng)使系統(tǒng)內(nèi)堿度被消耗，由于還有較高的氨氮含量，加入堿調(diào)節(jié)后進(jìn)一步促進(jìn)硝化反應(yīng)，PH又重新跌下來。這也是在調(diào)節(jié)池加入石灰而氧化溝里PH始終沒有改變的原因。

3．偏低的PH使微生物代謝減緩，系統(tǒng)處理能力降低

找到了PH下降的原因再進(jìn)一步研究為什么從04年開始二沉池會突然發(fā)生污泥上浮滯。因?yàn)閮商籽趸瘻虾投脸厥歉髯元?dú)立的系統(tǒng)，在運(yùn)行中出現(xiàn)了不一樣的情況，正是這一差異為以后我們對問題的解決提供突破口。

4月，在測SV的時(shí)觀察靜置兩、三個(gè)小時(shí)后出現(xiàn)污泥上浮這一現(xiàn)象，而且從靜置到上浮的時(shí)間越來越短。連續(xù)幾天取兩個(gè)氧化溝的出水測其氨氮數(shù)據(jù)如表3所示。同樣的進(jìn)水，出水氨氮的含量竟如此懸殊，西氧化溝的氨氮含量比較低可能是發(fā)生了比較徹底的硝化反應(yīng)。因此，可以推斷西氧化溝的亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮含量是比較高的，這也是為什么它的污泥在較短的時(shí)間內(nèi)就上浮。而此時(shí)東氧化溝混合液雖靜置后污泥不上浮，但在搖晃量筒時(shí)能看到小氣泡從污泥中跑出，說明其發(fā)生反硝化的能力比較弱了。鑒于其氨氮含量還很高，再取混合液曝氣，氨氮含量降到53.3mg/L，PH為5.71。靜置后能觀察到污泥上浮，很明顯東
氧化溝混合液靜置后污泥不上浮是因?yàn)檠趸瘻蟽?nèi)反硝化較徹底。經(jīng)測定東氧化溝亞硝酸鹽氮、硝酸鹽含量小于1.0mg/L,而西氧化溝內(nèi)其含量則大于10mg/ L，與上述推斷符合。由于對反硝化反應(yīng)被抑制的原因未確定，所以采取增加負(fù)荷來降低系統(tǒng)內(nèi)溶解氧，削弱消化反應(yīng)的措施。雖然沒能從根本上解決問題，但二沉池污泥上浮這一問題得到了極大的遏制，PH上升了，微生物的生長也恢復(fù)了，而且生化出水CODcr降至100mg/L左右。

到了9月份東氧化溝內(nèi)PH又逐漸下降，SV也跌至20%左右，出水CODcr升至150mg/L~180mg/L,出現(xiàn)了以往的情況,而西氧化溝則運(yùn)行正常。此時(shí)東、西兩氧化溝氨氮和SVI值分別為150mg/L、250mg/L和50mL/g、80mL/g。東面氧化溝出水CODcr較高，而氨氮含量卻更低，可以推斷該氧化溝中溶解氧會高于西氧化溝，因?yàn)橄趸磻?yīng)需要充足的溶解氧。通過現(xiàn)場測定發(fā)現(xiàn)，東氧化溝溶解氧最低處在3mg/L左右，而西氧化溝溶解氧最低處在2mg/L左右。東氧化溝溶解氧含量明顯要高，但其處理出水CODcr卻反而較高，兩個(gè)氧化溝內(nèi)MLSS均在5000mg/L~6000mg/L，比較SVI后初步判斷是由于東氧化溝內(nèi)污泥活性較差，微生物量太少，微生物成為限制因素。通過把西氧化溝的剩余污泥排入東氧化溝，增加其微生物量，大約經(jīng)過十天后，出水CODcr降至100mg/L左右，SV也升上去了，系統(tǒng)又恢復(fù)了。

在6月份時(shí)，由于一段時(shí)間生化進(jìn)水CODcr濃度升高，在1500mg/L左右，生化系統(tǒng)嚴(yán)重惡化污泥由黃慢慢變黑，污泥由絮狀呈細(xì)沙狀，出水CODcr升高，最高達(dá)500mg/L以上。相比較2004年以前，有機(jī)負(fù)荷并不是很高，但由于污泥活性太差，超出了系統(tǒng)內(nèi)微生物所能承受的負(fù)荷，所以導(dǎo)致整個(gè)生化處理的失敗。其根本原因是PH偏低，微生物的代謝減緩，生化系

統(tǒng)的處理能力和抗沖擊負(fù)荷能力降低了。

表3：2005年4月份、9月份監(jiān)測數(shù)據(jù)表（平均值，單位：mg/L）

4．污泥上浮的根本原因和解決辦法

把污泥上浮時(shí)和2004年前的生化處理監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，見表4所示。

表4：污泥上浮前后部分監(jiān)測資料對比表

由于物化處理效率提高，生化進(jìn)水COD下降，生化系統(tǒng)負(fù)荷降低了,溶解氧增加了，以前負(fù)荷較高氨氮硝化程度較低，現(xiàn)在由于溶解氧的升高（最低處也在3mg/L左右）硝化作用增強(qiáng)，但較高的溶解氧使反消化被抑制導(dǎo)致系統(tǒng)PH下降，較低的PH又影響了微生物的生長，這也就是SV下跌的原因,反過來降低了系統(tǒng)的處理效率，形成了惡性循環(huán)。

對于生物化學(xué)過程，反硝化產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償生物硝化所消耗的堿度的50%左右，在運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)有時(shí)侯出水氨氮降到20mg/L左右，PH在7點(diǎn)多。我們認(rèn)為這個(gè)時(shí)候負(fù)荷剛好恰到好處，氨氮得到了最大程度的消化，溶解氧被消耗后系統(tǒng)有缺氧的空間進(jìn)行反消化，反硝化能進(jìn)行得比較徹底，生化系統(tǒng)恢復(fù)酸堿平衡，同時(shí)溶解氧得到最大程度的利用，達(dá)到了一種平衡狀態(tài)。影響硝化反應(yīng)速度的主要原因是溶解氧濃度，故如何將溶解氧控制在恰當(dāng)?shù)乃�，使硝化和反硝化相適應(yīng)是進(jìn)一步研究的方向，這樣不僅可以使硝化反應(yīng)進(jìn)行得徹底，而且可以最大限度地提高反硝化脫氮效率。

從表3可以看西氧化溝出4月份有段時(shí)間出水氨氮相當(dāng)?shù)�，硝化達(dá)到了非常高的程度，而此時(shí)該生化系統(tǒng)情況比較糟糕，對比9月份的數(shù)據(jù)讓人十分困惑。隨著生化系統(tǒng)好轉(zhuǎn)，出水CODcr逐漸降低，氨氮?jiǎng)t在不斷上升。硝化菌比增長速率比異養(yǎng)菌小一個(gè)數(shù)量級左右，其增長特性與硝化菌的比增長速率和細(xì)胞平均停留時(shí)間有關(guān)，硝化菌這一特性決定了硝化系統(tǒng)一個(gè)十分有趣的事實(shí)，即活性污泥生物系統(tǒng)呈現(xiàn)要么硝化過程完全終止（硝化菌群完全被淘汰）；要么硝化進(jìn)行得十分完全，除非微生物的增殖環(huán)境發(fā)生了變化，這一點(diǎn)已被大量的研究結(jié)果證實(shí)。在4月份由于西氧化溝未外排剩余污泥，形成了較長的污泥齡，積累了大量的硝化菌，加上有充足的溶解氧故硝化相當(dāng)徹底。隨后生化系統(tǒng)漸漸好轉(zhuǎn)，我們認(rèn)為是CODcr的降解消耗了更多的溶解氧，硝化反應(yīng)受到了溶解氧的制約而減弱。受這一啟發(fā)，找到了解決問題的思路，控制硝化的程度，要讓溶解氧得到最大限度的消耗，在氧化溝中留下缺氧的空間讓生化系統(tǒng)較徹底的反硝化，控制適當(dāng)污泥齡來維持硝化菌在一定的數(shù)量達(dá)到控制硝化的程度目的，把污泥齡控制在17～21d,取得了較好的效果。

5．結(jié)論

① 以前生化系統(tǒng)負(fù)荷較高，氧化溝內(nèi)溶解氧較低，氨氮硝化的程度也很低。進(jìn)水CODcr降低后，氧化溝內(nèi)溶解氧升高，硝化程度提高，由于缺乏缺氧的空間反硝化反應(yīng)受到嚴(yán)重抑制，PH下降，導(dǎo)致微生物的代謝速度減慢，系統(tǒng)處理能力和抗沖擊負(fù)荷能力降低。同時(shí)較高的亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮含量使二沉池極易產(chǎn)生污泥上浮。

② 通過增加有機(jī)負(fù)荷來降低溶解氧，最終抑制硝化反應(yīng)可以在很大程度上讓問題得到緩解，但通過污泥齡來控制硝化程度，讓溶解氧得到最大程度的利用，在氧化溝內(nèi)形成好氧和厭氧交替狀態(tài)，確保比較徹底的反硝化，氮得到最大程度的脫除，生化系統(tǒng)形成一良性循環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2011-04-25

作者簡介：李玉強(qiáng)（1978-）， 男，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，研究方向：工業(yè)廢水的治理。

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