周利 彭永臻 高春娣 丁峰
(哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院)

　　摘　要 在嚴(yán)格控制SBR工藝試驗(yàn)運(yùn)行條件下，就污泥負(fù)荷對(duì)絲狀菌污泥膨脹的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，高污泥負(fù)荷不僅不是導(dǎo)致污泥膨脹的因素，而且對(duì)污泥膨脹有抑制作用；在污泥負(fù)荷降低到一定程度(“臨界負(fù)荷”)后，SVI迅速升高，加速污泥膨脹的發(fā)生。還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水底物濃度與“臨界負(fù)荷”及低于“臨界負(fù)荷”后污泥膨脹的最大程度SVI_max之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且都可用微生物的選擇性理論來解釋。
　　 關(guān)鍵詞 污水處理 SBR 絲狀菌膨脹 污泥負(fù)荷 SVI

　　 污泥膨脹可分為由絲狀菌和非絲狀菌引起兩大類，但由前者引起的膨脹占95%以上。影響污泥膨脹的因素有很多^［1］，其中污泥負(fù)荷被認(rèn)為是最重要的因素之一。污泥負(fù)荷與污泥膨脹之間的關(guān)系非常復(fù)雜，原因是還有其他因素起協(xié)同作用，因此，研究者在不同的研究條件下不免得出不盡相同甚至相互矛盾的研究結(jié)果。例如，Pipes調(diào)查了32個(gè)活性污泥處理廠，發(fā)現(xiàn)污泥負(fù)荷在0.25～0.45kgCOD/(kgMLSS·d)范圍內(nèi)污泥沉降性能好，超出這個(gè)范圍會(huì)導(dǎo)致SVI值升高。Chao和Keinath在研究中發(fā)現(xiàn)^［2］，負(fù)荷在0.6～1.3kgCOD/(kgMLSS·d)和大于1.8kgCOD/(kgMLSS·d)時(shí)易發(fā)生污泥膨脹。德國(guó)一研究組經(jīng)過多年的調(diào)查研究指出^［3］，當(dāng)完全混合式曝氣池中比較頻繁地出現(xiàn)污泥膨脹時(shí)，其負(fù)荷小于0.05kgBOD/(kgMLSS·d)；而推流式曝氣池中污泥負(fù)荷超過0.5kgBOD/(kgMLSS·d)時(shí)才出現(xiàn)污泥膨脹。
　　 針對(duì)目前關(guān)于污泥膨脹的研究中肯定污泥負(fù)荷是重要的影響因素但其結(jié)果又比較混亂的狀況，利用SBR能夠嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件的特點(diǎn)，進(jìn)行了污泥負(fù)荷對(duì)污泥膨脹影響的試驗(yàn)研究。因?yàn)樵诨钚晕勰喾ㄎ鬯幚韽S中，污泥負(fù)荷最容易隨進(jìn)水水質(zhì)水量變化而波動(dòng)，成為影響污泥膨脹的首要因素。

1 試驗(yàn)裝置與方法

　　 試驗(yàn)中以化工和啤酒兩種工業(yè)廢水作為研究對(duì)象?；U水中主要含有乙酸、苯酐、偏苯酸三酸、油脂等有機(jī)物，啤酒廢水主要含有各種糖類、色素、蛋白質(zhì)、多種氨基酸等有機(jī)物，二者都是常見的易于發(fā)生污泥膨脹的工業(yè)廢水。
　　 試驗(yàn)裝置及控制系統(tǒng)如圖1所示。SBR反應(yīng)器為圓柱型，有效容積38 L，底部采用微孔曝氣頭，外部纏有電熱絲并通過溫控儀控制反應(yīng)器內(nèi)恒溫20 ℃，在線檢測(cè)DO和ORP。進(jìn)水方式為一次性加注。
　　 試驗(yàn)中嚴(yán)格控制如進(jìn)水底物濃度、起始污泥濃度、曝氣量及反應(yīng)時(shí)間等試驗(yàn)條件。為了專門研究污泥負(fù)荷對(duì)污泥膨脹的影響，對(duì)其他能夠影響污泥膨脹的因素也進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其不能成為污泥膨脹的有利因素。為此，在試驗(yàn)中：
　　 ① 溶解氧濃度≥3.0 mg/L；
　　 ② 反應(yīng)器進(jìn)水中的N、P含量通過投加氯化銨和磷酸二氫鉀來調(diào)節(jié)，根據(jù)水中有機(jī)物濃度控制在BOD₅∶N∶P=100∶5∶1；
　　 ③ pH值控制在6.5～8.5；
　　 ④ 反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度控制在2 000 mg/L左右。

　　 根據(jù)SBR的特點(diǎn)，反應(yīng)器內(nèi)的污泥負(fù)荷可以用進(jìn)水底物濃度和反應(yīng)時(shí)間來控制，污泥負(fù)荷可用以下公式計(jì)算：

　　N_s=[S₀V₁/X(V₁+V₂)]·(T/24)
　　式中 　N_s--反應(yīng)器內(nèi)污泥負(fù)荷，kgCOD/(kgMLSS·d)
　　　　　S₀--進(jìn)水底物濃度(COD_Cr)，mg/L
　　　　　V₁--反應(yīng)器一次進(jìn)水量，L
　　　　　V₂--進(jìn)水前反應(yīng)器內(nèi)原有污泥體積，L
　　　　　T--一個(gè)周期中曝氣時(shí)間，h
　　　　　X--反應(yīng)期間平均污泥濃度，以MLSS計(jì)，mg/L

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 高負(fù)荷對(duì)污泥膨脹的影響
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明，在保證溶解氧不缺乏的前提下，高負(fù)荷不會(huì)引起污泥膨脹，相反，在一定的高負(fù)荷下對(duì)沉降性能較差的污泥具有改善作用。圖2和圖3分別是化工廢水和啤酒廢水在進(jìn)水COD為1000 mg/L、污泥負(fù)荷為6.7kgCOD/(kgMLSS·d)左右時(shí)SVI的變化情況。
2.2 降低負(fù)荷對(duì)污泥膨脹的影響
2.2.1 SVI隨污泥負(fù)荷降低的變化規(guī)律
　　 為了研究低負(fù)荷對(duì)污泥沉降性能的影響，試驗(yàn)中使污泥負(fù)荷由高逐漸降低，考察不同負(fù)荷下的SVI變化情況。試驗(yàn)表明，SVI值隨著負(fù)荷的降低呈規(guī)律性變化；在一定的高負(fù)荷范圍內(nèi)，SVI值比較穩(wěn)定，而后隨著負(fù)荷的降低SVI值緩慢升高；當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度(本文稱之為“臨界負(fù)荷”)后，SVI迅速升高，污泥發(fā)生膨脹。圖4顯示了進(jìn)水COD為1 000 mg/L時(shí)，兩種廢水的SVI值隨污泥負(fù)荷降低的變化情況。

　　　　

2.2.2 進(jìn)水底物濃度與“臨界負(fù)荷”的關(guān)系
　　 進(jìn)水COD濃度分別為1 000 、800、500、300、200 mg/L，在每一個(gè)濃度下都進(jìn)行了改變反應(yīng)時(shí)間、降低負(fù)荷的試驗(yàn)。結(jié)果表明，進(jìn)水底物濃度對(duì)“臨界負(fù)荷”有明顯的影響，其規(guī)律是高進(jìn)水底物濃度條件下的“臨界負(fù)荷”小于低進(jìn)水底物濃度下的“臨界負(fù)荷”，即在相同的低負(fù)荷條件下，進(jìn)水底物濃度越高越不易發(fā)生污泥膨脹，如圖5所示。這種現(xiàn)象可以從Chudoba的微生物選擇性理論得到合理的解釋^［4］。該理論認(rèn)為，由于引起污泥膨脹的絲狀菌的最大比增長(zhǎng)速率μ_max和飽和常數(shù)K_s比膠團(tuán)菌的小，因此在高底物濃度下，膠團(tuán)菌具有較高的增殖速率而占優(yōu)勢(shì)；在低底物濃度下絲狀菌具有較高的增殖速率而占優(yōu)勢(shì)，如圖6所示。對(duì)SBR工藝來說，反應(yīng)初始階段反應(yīng)器內(nèi)的底物濃度很高，反應(yīng)器實(shí)際上起了選擇器的作用，進(jìn)水底物濃度越高，其選擇器作用就越大，絲狀菌的生長(zhǎng)越受到抑制，因此出現(xiàn)了“臨界負(fù)荷”隨進(jìn)水底物濃度增高而降低的結(jié)果。

　　　　

2.2.3 進(jìn)水底物濃度與SVI_max關(guān)系
　　 在試驗(yàn)中，當(dāng)污泥負(fù)荷低于“臨界負(fù)荷”而污泥發(fā)生膨脹后，通常SVI迅速持續(xù)升高后穩(wěn)定在某一個(gè)值(SVI_max)左右，即隨污泥負(fù)荷在一定范圍內(nèi)進(jìn)一步降低SVI基本保持不變。試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)水底物濃度與SVI_max之間有著與“臨界負(fù)荷”之間同樣的關(guān)系，即進(jìn)水底物濃度越高，發(fā)生污泥膨脹時(shí)的SVI_max相對(duì)越低，如圖7所示。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果也可用圖6所示的選擇性理論來解釋。

3 結(jié)論

　　 ① 在保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠溶解氧的條件下，高污泥負(fù)荷不僅不會(huì)引起污泥膨脹，而且還有抑制絲狀菌繁殖與控制污泥膨脹的作用。
　　 ② 在一定條件下，污泥負(fù)荷降低至某一數(shù)值后，導(dǎo)致絲狀菌迅速繁殖加速污泥膨脹的發(fā)生，本文稱之為“臨界負(fù)荷”；還發(fā)現(xiàn)“臨界負(fù)荷”與反應(yīng)器進(jìn)水底物濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　 ③ 在一定條件下，低負(fù)荷污泥發(fā)生膨脹后，污泥膨脹的最大程度SVI_max與在一定范圍內(nèi)再進(jìn)一步降低污泥負(fù)荷無關(guān)，而與反應(yīng)器進(jìn)水底物濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

　　1 周利，彭永臻等.絲狀菌污泥膨脹的影響因素與控制.環(huán)境科學(xué)進(jìn)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 德國(guó)污水工程協(xié)會(huì).污泥膨脹和上浮的防止與控制.王寶貞譯
　　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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　　作者簡(jiǎn)介：周利 博士研究生
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　　(收稿日期 1998-12-04)