論文作者：丁峰1 徐學(xué)清1 彭永臻2 王淑瑩2 高春梯2

摘要：引起污泥活性抑制和污泥上浮的原因在進(jìn)水水質(zhì)方面有：過(guò)量表面活性物質(zhì)和類脂化合物，過(guò)低或過(guò)高的pH值沖擊，堿度過(guò)高，水溫過(guò)熱，酚及其衍生物、醇、醛、某些有機(jī)酸、硫化物、重金屬及鹵化物等致毒性底物的流入;工藝運(yùn)行方面的原因有：過(guò)量曝氣，污泥缺氧反硝化，污泥回流量過(guò)大，池底積泥腐化以及機(jī)械應(yīng)力等，還有起沫絲狀菌的過(guò)量生長(zhǎng)產(chǎn)生的泡沫和浮渣�？刂苹钚晕勰嗌细〉闹饕胧┯校赫{(diào)節(jié)曝氣劑的DO、pH值，采用均質(zhì)調(diào)節(jié)池并控制其液位，合理投加營(yíng)養(yǎng)鹽等。

關(guān)鍵詞：廢水處理 活性污泥 污泥上浮 沖擊 致毒 控制

引言

在采用活性污泥法處理廢水的運(yùn)行過(guò)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(jī)底物的去除率下降。有些微生物(如絲狀菌)的過(guò)量增長(zhǎng)會(huì)形成泡沫(foam)或浮渣(scum)，運(yùn)行時(shí)機(jī)械應(yīng)力、挾裹氣泡等均會(huì)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(huì)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(guó)內(nèi)外 文獻(xiàn) 基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)致活性污泥活性抑制與上浮的原因、檢測(cè) 分析 方法 和控制技術(shù)進(jìn)行了討論。

1 引起活性污泥上浮的主要因素

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

1.1.1 過(guò)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(zhǎng)停滯和死亡。當(dāng)曝氣池進(jìn)水中含有大量這類物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量泡沫(氣泡)，這些氣泡很容易附聚在菌膠團(tuán)上，使活性污泥的比重降低而上浮。另外，當(dāng)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(tuán)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(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(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞壁里酶的催化作用以及微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。當(dāng)連續(xù)流曝氣反應(yīng)池內(nèi)pH<4.0或pH>11.0時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水pH值為2.5-5.0和10.0-12.0時(shí)，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pH≤5.5時(shí)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 Celluar　Polymer)的電離官能團(tuán)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(guò)一定范圍后，絮凝作用下降�？梢�，這時(shí)的電排斥作用增加，也會(huì)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(duì)進(jìn)水的pH值調(diào)整不能消除堿度對(duì)活性污泥的影響。對(duì)堿性進(jìn)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(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

1.1.4 水溫過(guò)熱

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浮(經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化的或特殊微生物除外)[8]。另外，Klaus Kriebitzsch等在用SBR工藝測(cè)定溫度對(duì)細(xì)胞內(nèi)酶活性影響的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，溫度在20、30和40℃時(shí)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(duì)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(jī)物(酚及其衍生物，醇，醛和某些有機(jī)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(dòng)中心形成穩(wěn)定的化合物，導(dǎo)致基質(zhì)不能接近，無(wú)法被降解，甚至使細(xì)胞中毒死亡。重金屬離子進(jìn)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(duì)微生物發(fā)生毒害作用(微動(dòng)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(qiáng)氧化劑。而且廢水中有機(jī)物的突變，使原被馴化好的并能降解有機(jī)毒物的微生物減少或消失。

1.2 工藝運(yùn)行

1.2.1 過(guò)量曝氣

微生物處于饑餓狀態(tài)而引起自身氧化進(jìn)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(guò)高，供氧過(guò)多。總之，DO上升，短期內(nèi)污泥活性可能很好，因?yàn)樾玛惔x快，有機(jī)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)，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(guò)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(jī)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(zhǎng)，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。

1.2.4 回流量太大引起的污泥上浮

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(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(dòng)。

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(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后卜浮，首先是一個(gè)個(gè)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(guò)量生長(zhǎng)及其控制產(chǎn)生的污泥上浮

1.3.1 溫度與負(fù)荷

微絲菌(Mocrothrix patvicella)的最佳生長(zhǎng)條件是溫度在12-15℃，污泥負(fù)荷小于0.1kg/(kg·d)。它的天然疏水性會(huì)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30-80μm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(jī)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(jìn)水中表面活性物質(zhì)和類脂化合物濃度的升高、接種和機(jī)械應(yīng)力也會(huì)引起放線菌(Actinomycetes)的增長(zhǎng)。Kappeleretal觀察到機(jī)械應(yīng)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(guò)量增長(zhǎng)[9]。

1.3.3 過(guò)量投加絲狀菌抑制劑

在曝氣池流出槽中注人過(guò)氧化氫，數(shù)天后，絲狀菌就消失，SVI從580mL/g下降至178mL/g。且過(guò)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(huì)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(cè)方法

2.1 測(cè)定污泥的耗氧速率(OUR)和 ATP

測(cè)定活性污泥的耗氧速率(OUR)，可判斷有無(wú)毒物流入、負(fù)荷條件和排泥平衡情況[10]。若同時(shí)測(cè)定三磷酸腺苦(ATP)，還可以從處理機(jī)能方面對(duì)微生物量和活性度進(jìn)行定量分析。根據(jù)P.E.Jorgensen等的 研究 表明，測(cè)定ATP含量和OUR是檢測(cè)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(duì)活性污泥中的微生物進(jìn)行鏡檢，其中的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物(統(tǒng)稱為微型動(dòng)物)相對(duì)比細(xì)菌個(gè)體大，在顯微鏡下易于觀察、鑒別和計(jì)數(shù)，且對(duì)外界環(huán)境條件的變化更為敏感，作為指示生物來(lái)診斷活性污泥的狀態(tài)和性能，在工程實(shí)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(dòng)物對(duì)活性污泥狀態(tài)和性能的指示作用

3 控制污泥上浮的技術(shù)措施

①穩(wěn)定曝氣池進(jìn)水水質(zhì)的最可行、最 經(jīng)濟(jì) 的 方法 是終水回流，用以稀釋、調(diào)節(jié)曝氣池進(jìn)水中的有機(jī)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(shí)際進(jìn)水量。

②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(huì)使均質(zhì)池的水量緩沖能力下降，甚至喪失;而低液位運(yùn)行不僅均質(zhì)效果差，且易使油和均質(zhì)池底的雜質(zhì)進(jìn)人曝氣池，造成活性污泥受沖擊而上浮。液位宜控制在50%-70%。

③合理投加營(yíng)養(yǎng)鹽。由于 工業(yè) 廢水中營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)，常常碳源充分而氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物不足，因此處理工業(yè)廢水時(shí)須另外補(bǔ)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。

④曝氣池人口設(shè)中和池及由堿池、酸池、pH檢測(cè)儀、pH自動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成的pH自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使曝氣池進(jìn)水的pH值控制在要求范圍內(nèi)。

⑤采用純氧曝氣。從西德引進(jìn)的純氧曝氣裝置，投產(chǎn)5a以來(lái)從未出現(xiàn)污泥上浮。

⑥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。

⑦活性污泥的微生物組成主要依賴于廢水成分、流動(dòng)形式、運(yùn)行條件和適宜的設(shè)計(jì)。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(duì)運(yùn)行條件和反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化選擇至關(guān)重要。

參考 文獻(xiàn) ：

[1]Britt-Marie Wilen etal.shbort Team Effects of Dissolved Oxygen Concentration on the Turbidity of the Superrnatant of Activated Sludge[J].Wat.Sci.Tech，1998，38(3)：25-33.

[2]J.Kappeler and Willi Gujer.Influences of Wastewater Composition and OperationConditions on Activated Sludge Bulking and Scum Formation [J].Wat.Sci.Tech，1994，30(11)：181-189.

[3]David Jenkins Towards a Comprehensive Model of Activated Sludge Bubing and Foaming[J].Wat.Sci.Tech，1992，25(6)：215-230.

[4]Wesley O.Pipes.Bulking，Deflocculation，and Pinpoint Floc[J].Journal of WPFC，1979，51(1)：62-70

[5]高春娣，王淑瑩，吳凡松，崔和平.化工污水處理場(chǎng)污泥膨脹與上浮的原因及其控制[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32(5)：52-55.

[6]姚毅.活性污泥的表面特性與其沉降脫水性能的關(guān)系[J]. 中國(guó) 給水排水，1996，12(1)：22-25.

[7]俞漢青 廢水處理中微型動(dòng)物及其作用[J].中國(guó)給水排水，1992，8(2)：43-46.

[8]王家玲.環(huán)境微生物學(xué)[M].北京：高等 教育 出版社，1988

[9]P.E.Jorgensen.etal.Estimation of Viable Biomass in wastewater and Activated Sludge by Detemination of ATP，Oxygen Utilization Rate and FDA Hydrolysis[J].Wat.Res，1992，26(11)：1495-1501.

[10]Jerry Y.C.Huang，etal.Oxygen Uptake Rates for Determining Microbial Activity and Application[J].Wat.Res，1985，19(2)：373-381.

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