張建新
（北京市高碑店污水處理廠）

1 前言

　　自從1914年Aldern和Lockett首次發明活性污泥法處理污水技術之后，到今天的七、八十年中，活性污泥工藝由于其處理出水水質好，工藝比較穩妥可靠，而且人們在長期的實踐中，在設計和運行管理等方面也積累了豐富的經驗，因此，活性污泥法得到廣泛的應用。長期以來，它是各種廢水處理，特別是城市污水處理工藝的主流。
　　但是伴隨著活性污泥工藝的產生，污泥膨脹問題一直是運轉管理中煩憂人們的最大難題之一。在污水處理比較普及的西方發達國家，象荷蘭、德國、英國、美國，有30％～50％的污水處理廠都發生過不同程度的污泥膨脹問題。在我國污水處理起步較早的上海，幾乎所有的城市污水處理廠和一些工業廢水處理廠都存在一定程度的絲狀菌膨脹問題。

2 概況

　　北京高碑店污水處理廠一期工程于九三年底建成并投入運行，設計處理能力50萬噸/日，設計工藝為傳統活性污泥法。從試運行到正式運行，處理水量逐年增加，從94年的日均處理污水25萬噸至現在的日均處理污水50萬噸，工藝運行一直比較穩定，出水水質達標，取得了良好的環境效益和社會效益。
　　高碑店污水處理廠雖然處理工藝比較成熟，但由于是一個大型污水處理廠，所以對工藝運行控制的要求就非常高，容易出現這樣或那樣的問題，處理這些問題的過程，正是我們提高運行管理水平的過程，同時這些經驗也能對其它污水處理廠的運行起到參考作用。九八年二月中旬，高碑店污水廠發生了污泥膨脹現象，一發現問題，我們采到了相應措施，至四月下旬完全恢復正常。下面我們就此次出現的污泥膨脹問題的成因研究以及控制過程作一報告，以供參考。

3 污泥膨脹前運行狀況

　　污泥膨脹是由于活性污泥中絲狀菌異常增殖造成的，而絲狀菌的增殖需要一個過程，同時由于該廠規模大，抗沖擊能力強，發生污泥膨脹不是短期內就能形成的，會有一個較長時間的積累，所以，我們有必要對污泥膨脹前的一個月時間段運行狀況作一回顧（以二系列為例）。
3.1 進水狀況
　　（1）來水構成：
　　高碑店污水廠上游來水包括生活廢水及東郊化工廠、酒精廠等工業廢水，二者比例基本為1：1，即各占50％。經環保部門測定，水中重金屬等有毒物質低于國家標準。
　　（2）來水水量：
　　高碑店污水廠上游污水收集管網收集到的污水總量據測算為80萬噸/日，由于高污廠一期工程日處理能力僅為50萬噸，故處理水量能穩定在50萬噸/日，多余污水由上游溢流口排放。
　　（3）BOD₅值（如圖1）：

　　從圖1看到，曝氣池進水BOD₅在98年1月份普遍偏低，基本上處于100mg/l以下，特別是從下旬開始，處于明顯的下降趨勢，最低曾達40mg/l。
　　（4）水溫：
　　基本保持穩定在14℃～15℃之間。
　　（5）PH值：
　　保持在7.5左右。
3.2 曝氣池參數

　　（1）污泥濃度（如圖2）：
　　從圖2看到，1月份污泥濃度處在較高的水平，維持在2000mg/l左右，從1月下旬到2月下旬呈現快速升高的趨勢，最高達3500mg/l以上。

　　（2）污泥負荷（如圖3）：
　　從圖3看，從1月中、下旬開始，至2月上旬這段時間，污泥負荷呈下降趨勢，基本都在0.1kgBOD₅/kgMLSS.d以下，最低曾達到0.05kgBOD₅/kgMLSS.d。
　　（3）污泥齡（如圖4）：

　　從圖4看1月中旬到1月底，污泥齡基本保持在9天左右，泥齡過長，表明污泥已部分老化，抗沖擊能力差。
　　（4）溶解氧（如圖5、6）：

　　從圖5、圖6看，從1月至2月上旬，溶解氧普遍偏高，缺氧段在0.4mg/l以上，好氧段在3mg/l以上。

　　（5）污泥沉降比（如圖7）：
　　從圖7看，從1月下旬到2月上旬呈現明顯上升趨勢，最高曾達30％以上，說明污泥沉降性能正在變差。

　　 （6）污泥指數（如圖8）：
　　從圖8看，1月開始污泥指數就一直呈現緩慢的上升趨勢，表明污泥膨脹的發生趨勢。
　　（7）回流比：
　　基本控制在70％左右。
　　（8）剩余污泥排放量：
　　控制在6000m³/d左右。
3.3 微生物鏡檢
　　根據每日運行報告的鏡檢內容發現，從1月中旬到2月上旬，微生物種類及數量呈減少趨勢，但活性較好。活性污泥結構也逐漸變差，顏色逐漸發深灰色并有少量菌絲伸出，說明污泥活性及結構正在變差，已有發生絲狀菌膨脹趨勢。（見圖片1）

3.4 二沉池出水
　　正常，比較清澈。

4 污泥膨脹發生時的主要現象

4.1二沉池反映現象
　　（1）沉面現象
　　在沉池池面上先出現零散的片狀上浮污泥，并陸續蔓延至全池，該上浮污泥呈淺褐色，伴有大量細微泡沫，不易打散，加水稀釋攪拌后仍不沉淀，無異常氣味。（見圖片2）。

　　 （2）出水非常清澈
4.2 曝氣池反映現象
　　曝氣池池面形成細微的暗褐色泡沫，取曝氣池活性污泥做30分鐘沉降比時，發現絮凝體沉速變慢，活性污泥的壓縮性能變差。污泥容積指數急劇上升，缺氧段漂浮大量深褐色污泥，致使溶解氧測定無法進行。回流污泥面上由于攪拌產生的氣泡大（乒乓球大小），且不容易破碎。（見圖片3）

4.3 微生物鏡檢
　　進行微生物觀察時，發現大量的菌絲伸出菌膠團，菌絲形狀稍彎，無分枝，長度在50um～200um之間，直徑在0.7～1.4um之間，菌絲上有部分附著物，內有橫隔，污泥結構變差，其它指標微生物數量很少。（見圖片4）

4.4 SVI
　　從圖8中看出，SVI值從98年1月份開始緩慢上升趨勢，從2月下旬至3月上旬呈加速上升趨勢，最高達300以上，此段時間污泥膨脹程度最嚴重。

5 污泥膨脹成因及性質分析

5.1 污泥膨脹產生的研究理論
　　一般研究理論認為污泥膨脹的產生主要受以下三方面的因素影響。
　　（1）來水水質因素主要包括：
　　污水陳腐
　　營養物缺乏，不能維持BOD₅∶N∶P＝100∶5∶1 的比例關系
　　有毒物質偏高
　　（2）環境因素主要包括：
　　流量變化大，產生較大沖擊負荷
　　PH值偏低
　　水溫適宜25～30℃之間
　　（3）運轉條件因素主要包括：
　　污泥負荷偏低，一般小于0.15KgBOD₅/kgMLSS.d
　　低溶解氧，小于1mg/l
　　污泥齡長，傳統活性污泥齡超過7天
5.2 污泥膨脹中絲狀菌種類及性質
　　（1）不同條件下膨脹污泥中占優勢的絲狀菌類群
　　有關研究列出下表：

環境條件 絲狀菌種類 低負荷 微絲菌，諾卡氏菌，軟發菌，0041型菌，0092型菌，0675型菌，0581型菌，0961型菌，0803型菌，021N型菌 底DO濃度 球衣菌，發硫細菌，1701型菌，021N型菌，1863型菌和軟發菌 硫化物質 發硫細菌，貝氏硫細菌，1701型菌，021N型菌和球衣菌 營養不足（N,P） 發硫細菌，021N型菌和球衣菌 pH值 絲狀真菌

　　 （2）常見絲狀菌性質（見下表）

絲狀菌

性質

1701 諾卡
氏菌 0041 021N 0092 軟發菌 球衣菌 微絲菌 0581 1851 1863 硫絲菌 0603 N.limicola 0961 直徑(μm) 0.7 0.7 1.4 1.2～2 0.6 0.7 1.0 0.6 0.5 0.7 1.0 0.9～1.3 0.8 1.1 1.0 長度(μm) 100 50 ≥200 ≥200 50～100 50 ≥200 100～200 50～100 100 50 50～100 50 100 100 形狀 稍彎 稍彎 稍彎 卷曲 稍彎 直 稍彎 卷曲 卷曲 稍彎 稍彎 直 稍彎 卷曲 稍彎 位置 p p p p p p p p p p f p,f p,f p p 分枝 - + - - - - T - - - -,F - - - - 滑動 - - - - - - - - - - - - - - - 鞘 + - + - - + + - - - 附著生長物 + - + - - - - - - + - - - - - 硫粒 - - - ± - - - - - - - + - - - 內含物 ± - - ± - - ± - - + ± ± + - - 橫隔 + - + + ± - + - - ± + ± + ± ± 形狀 o - r v r - o - - r,o s,o r r d,s,o r 革藍染色 - + +,- - - - - + - + - - - ± - 納氏染色 - g - -,± + - - -,g - - g - r,g + - 注：p為從絮體內伸出；f為自由懸浮在絮體之間；T為真分枝；F為家分枝；d為圓盤形；r為正方形；s為球形；o為橢圓形；v為可變；g為綠色（屬藍藻類）。

　　（3）關于諾卡氏菌
　　有關研究表明，諾卡氏菌是絲狀菌的一種，是形成生物泡沫的主要原因，它具有極強的疏水性，很難清除和被機械破碎，經常出現在二沉池表面。
5.3 高碑店污水廠此次污泥膨脹成因及性質
　　（1）由微生物鏡檢可知，高碑店污水廠此次污泥膨脹屬絲狀菌膨脹而不是非絲菌膨脹。
　　（2）由各種圖表可知，此次膨脹是因來水營養物缺乏（主要是BOD₅偏低），進而導致污泥負荷偏低（小于0.1KgBOD₅/kg MLSS.d），污泥齡過長（9天），正常微生物食料缺乏，缺少活性，而絲狀菌過度繁殖造成的。
　　（3）結合微生物鏡檢及二沉池表象，根據研究資料，我們認為，此次污泥膨脹中絲狀菌類型主要為0041型菌及諾卡氏菌兩種。
　　（4）根據絲狀菌菌絲中度，我們認為此次污泥膨脹屬中度膨脹。

6 控制措施及變化過程

6.1控制措施
　　通過分析，我們認為此次污泥膨脹主要是由于污泥負荷偏低引起的中度絲狀菌膨脹，考慮到加藥可能產生的副作用，決定通過調整工藝運行參數，重點加強對曝氣池的管理，來改善污泥狀況。從2月10日開始我們采取了以下措施：
　　（1）縮短污泥齡
　　主要是通過加大剩余污泥排放量來實現，由原來的每天排6000立方米加大到13000立方米，回流比仍控制在70％，使污泥齡由9天左右縮短到3天左右，從而加快活性污泥更新速度。
　　（2）提高污泥負荷
　　由于加大了剩余污泥排放量，必然降低曝氣池污泥濃度，由原來的2000mg/l左右，降到1200mg/l左右，從而有效地提高了污泥負荷，從原來的0.1KgBOD₅/kg MLSS.d以下，提高到0.2Kg BOD₅/kg MLSS.d以上。
　　（3）降低溶解氧
　　主要方法是從原來1500m³/min的供氣量調整至1000m³/min的供氣量，使溶解氧由原來的4mg/l降至2mg/l左右，為活性污泥創造有利的生存環境。
6.2 采取控制措施后變化過程
　　這里首先需要說明的是進水狀況從各種數據來看，基本保持穩定，這也就保證了控制措施的穩定性，下面就分析一下主要參數的變化過程。
　　（1）污泥濃度變化：
　　從圖2看到，從2月10日開始控制，到3月3日，歷時3周左右，使污泥濃度由原來的3500mg/l左右降至1000～1500mg/l之間，并一直保持此值。
　　（2）污泥負荷變化：
　　從圖3看到，在開始控制的前3周左右的時間里，污泥負荷并沒有明顯的變化，從第四周開始有明顯的上升趨勢，從0.1KgBOD₅/kg MLSS.d逐步上升到0.3Kg BOD₅/kg MLSS.d左右，但由于4月4日至10日，二系列初沉池進行維護，而使二系列停止進水，至使污泥負荷有所反復，但總的趨勢是上升的，并在0.2～0.3KgBOD₅/kg MLSS.d之間。
　　（3）污泥齡變化趨勢：
　　從圖4看到，從2月10日～3月5日污泥一直控制在3天左右，從3月6日以后，由于設備、設施維修等原因，泥齡變化幅度較大，但基本保持在3～4.5天之間。
　　（4）溶解氧變化：
　　從圖5看到，缺氧段溶解氧在1月份普遍偏高達0.4mg/l以上，在污泥發生膨脹后由于池面漂浮大量污泥，至使無法測定溶解氧值，在恢復后基本在0.2mg/l以下。從圖6我們看到，好氧段溶解氧在1月份也普遍偏高，達4mg/l左右。在控制期變化幅度較大，主要是受鼓風機運行狀態不穩，故而延長了控制時間，在穩定后基本保持在2～3mg/l之間。
　　（5）沉降比變化：
　　從圖7看，從1月下旬開始，污泥沉降比從最低的11％開始，呈反復上升趨勢，到3月下旬達到最高30％左右，之后呈現逐級回落，最后穩定在10％～3mg/l之間。
　　（6）污泥指數變化：
　　從圖8看到，污泥指數的變化趨勢非常清晰，從1月開始，就運行在緩慢的上升通道中，至3月中旬，也就是污泥膨脹高峰期，污泥指數發生了突然上揚到300以上，之后隨著控制措施的作用，呈現緩慢下降趨勢，至正常時保持在100左右。
　　（7）微生物相變化：
　　從2月9日，對曝氣池末端混合液進行微生物觀察時，所有的絮凝體上都有菌絲，但密度較低（見圖片5）

　　從2月12日～3月2日，所有絮凝體上都有菌絲，密度中度，并且菌絲之間有較多相互交織，菌絲較長50～200um，菌絲上附著物較多，并有較多游離的菌絲，并且其它類型指示微生物極少，僅觀察到輪蟲、盾纖蟲、偶爾有少量的鐘蟲，污泥結構較差。（見圖片6）

　　 從3月3日～3月8日，絲狀菌豐度降低，菌絲也變短，其中菌絲上有大量的附著物，并有較多的管葉蟲、斜管蟲，污泥結構較差；3月15日微生物相觀察時，指示微生物明顯減少，絮凝體中菌絲又明顯增多、增長。3月16日～3月24日所有絮凝體上都有菌絲，密度偏高，較多的交織成網，菌絲上附著物較少，3月25日～4月3日，微生物相無明顯變化，絲狀菌密度中等，污泥的沉降性較差，4月10～4月13日，絲狀菌豐度逐步下降，結構一般，有較多的毛蟲類微生物出現，4月17日絮體上的菌絲變短，且密度極低。(見圖片7)基本上恢復正常，鐘蟲類微生物增多，結構較好，污泥的沉降性能好。

　　（8）曝氣池、二沉池池面變化及二沉出水水質：
　　從2月9日～3月2日，曝氣池有大量暗褐色泡沫，不易破碎，易堆積，表明污泥膨脹仍在慣性發生，至3月3日時，暗褐色泡沫明顯減少，這與曝氣池MLSS降低有直接關系。在膨脹過程中，二沉池面上有大量的片狀污泥上浮，由于二沉池是中心進水，周邊出水的輻流式沉淀池，在出水堰板前有浮渣擋圈，阻止上浮污泥隨水流失，上浮污泥給人工清除。（見圖片8）

　　除3月14日、15日、16日及3月22日、23日這幾天出水SS>30mg/l，這與DO過低有直接關系，其它出水水質SS為21.0～29.0mg/l，BOD為10～20mg/l。

7 結論

7.1污泥膨脹的提前判斷
　　通過對各種趨勢的分析，我們認為有兩個參數對于污泥膨脹發生趨勢的提前判斷非常重要：一個就是污泥負荷是否連續兩周以上時間維持在0.1KgBOD₅/kg MLSS.d以下，另一個就是污泥指數是否連續兩周以上保持上升趨勢，兩者要同時參考，若同時發生，基本就可判斷污泥膨脹將要發生的趨勢，應立刻采取控制措施。
　　7.2控制污泥膨脹的時間
　　（1）控制措施產生作用的時間
　　從2月10日我們開始采取控制措施后，污泥膨脹仍慣性發展，到3月6日達到頂峰，期間為27天，然后開始轉好，因此我們認為對污泥膨脹的控制措施不會立刻見到效果，而是有一定滯后期，該滯后期為污泥齡（9天）的3倍時間。
　　（2）從開始控制到完全恢復正常的時間
　　在本次控制過程中，由于設施維護導致3月6日～9日二系列停止進水4天，4月3日～9日二系列停止進水6天，同時，由于鼓風機系統故障頻繁試機，使3月19日～25日這段時間供氣不穩定，造成各項指標有所反復。從2月10日開始采取控制措施到4月20日完全恢復，實際共用了10周左右時間，但從圖3、圖5、圖6、圖7、圖8，各項指標趨勢分析，從3月6日開始至4月10日這段時間是由于設備、設施維修及故障等原因造成的控制反復，如整個系統運行連續穩定，那么這段時間中不穩定時間（約3周）應可省去，那么此程度的污泥膨脹的正常控制時間應為7周左右，而此前污泥齡為9天左右，故我們認為：這種中度污泥膨脹控制的時間應為污泥齡的5倍時間左右。
　　（3）綜合上所述，污泥膨脹控制措施見效后的治愈期（2倍泥齡）應快于其滯后期（3倍泥齡）。
7.3 曝氣池的控制參數：
　　通過本次污泥膨脹的控制，我們得出本廠曝氣池的最佳控制參數如下：污泥濃度為1000～1500mg/l；污泥負荷為0.1～0.3kgBOD₅/kgMLSS.d；污泥齡為4～6天；好氧段溶解氧為2～3mg/l；缺氧段溶解氧為0.2mg/l以下。

參考文獻

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