非丝状菌污泥膨胀对无排泥MBR的影响

非丝状菌污泥膨胀对无排泥MBR的影响彭焘1，2，寇殿良3，卢国宇2，吴振斌1(1．中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室，湖北武汉430072;2．中国化学工业桂林工程有限公司，广西桂林541004;3．广西交通规划勘察设计研究院，广西南宁530011)摘要:在无排泥条件下，通过对MBR系统中发生的非丝状菌污泥膨胀现象的研究发现:污泥膨胀导致污泥沉降性变差，系统污泥量上升，对TN的去除率较低且不稳定，但对COD和氨氮的去除效果影响不大，去除率分别能达到80%和90%以上;在初期对TP的去除率较高，随着污泥停留时间的延长，对TP的去除率逐渐下降。通过减少曝气量、降低进水COD和TN浓度、增加进水TP浓度，能有效解决MBR中发生的非丝状菌污泥膨胀现象，同时能降低污泥产率。关键词:非丝状菌;污泥膨胀;无排泥MBR中图分类号:X703文献标识码:C文章编号:1000－4602(2012)07－0092－04EffectofNon-filamentousSludgeBulkingonMBRwithoutSludgeDischargePENGTao1，2，KOUDian-liang3，LUGuo-yu2，WUZhen-bin1(1．StateKeyLaboratoryofFreshwaterEcologyandBiotechnology，InstituteofHydrobiology，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430072，China;2．ChinaChemicalGuilinEngineeringCorporation，Guilin541004，China;3．GuangxiCommunicationsPlanningSurveyingandDesigningInstitute，Nanning530011，China)Abstract:Non-filamentoussludgebulkingintheMBRsystemwithoutsludgedischargewasstud-ied．Itwasfoundthatduetosludgebulking，thesludgesettleabilitybecamepoor，thesludgeproductionincreased，andtheremovalrateofTNwaslowandunstable．TheremovalefficienciesofCODandammo-nianitrogenwerelittleaffected，andtheirremovalrateswereabove80%and90%respectively．There-movalrateofTPwashigherinthefirststageandwasreducedwithincreaseofSRT．Byreducingtheaer-ationintensityandinfluentCODandTNconcentrationsandincreasinginfluentTPconcentration，thenon-filamentoussludgebulkingphenomenoninMBRcanbeeffectivelypreventedandsludgeproductioncanbereduced．Keywords:non-filamentousbacteria;sludgebulking;MBRwithoutsludgedischarge基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(30623001);国家杰出青年基金资助项目(39925007)活性污泥膨胀分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀两种，其中仅有约5%的污泥膨胀与丝状菌的过量增殖无关［1］。当进水中含有大量易溶解性有机物时，极易发生污泥膨胀;另外，污泥颗粒太细碎，营养物(氮和磷)缺乏也是引起污泥膨胀的重要因素［2］。非丝状菌膨胀一般是由结合水含量高的胞外多聚物引起的高粘度膨胀，其主要特征是没有丝状菌过量生长甚至观察不到丝状菌。笔者针对MBR反应器·29·第28卷第7期2012年4月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．28No．7Apr．2012中出现的非丝状菌污泥膨胀现象，讨论了其对系统出水水质的影响及其消除方法。1材料与方法1.1试验装置试验装置如图1所示。图1MBR试验装置Fig．1SchematicdiagramofMBRMBR反应器为有机玻璃材质，尺寸为40cm×20cm×25cm，有效容积为20L，内置3片聚丙烯中空纤维膜。膜面积为8m2/片，膜孔径为0．1～0．2μm，设计通量为1．0～1．2m3/d，操作压力为－0．03～－0．01MPa。污水经过滤格网进入高位水箱，进行水质调节后自流到MBR反应器中。反应器内水位由浮球阀自动控制，膜组件下方安装有穿孔曝气管(穿孔曝气既能为微生物提供氧气，又可对膜组件进行冲刷，延缓膜的污染进程)，膜组件两端设置挡板以提高错流流速。出水采用真空蠕动泵抽吸，抽/停比为4min/1min，由电控箱自动控制。曝气量、抽水量分别由气体、液体流量计计量，膜内外压差通过电接点式压力表读取。设计处理水量为50L/d，膜平均出水量为45mL/min，水力停留时间为10h，试验期间系统不排泥，SV30维持在80%～90%之间。1.2试验方法原水采用生活污水+人工配水，添加的营养盐包括葡萄糖、磷酸二氢钾、氯化铵、硫酸亚铁、硫酸镁、氯化钙等。最终进水水质如下:COD为100～900mg/L，TN为10～50mg/L，NH3－N为6～30mg/L，TP为2～18mg/L，DO为0．1～5．0mg/L，pH值为6．5～7．5。活性污泥取自某污水厂二沉池回流污泥。向反应器内加入部分发生严重丝状菌膨胀的腐化污泥，促使反应器内活性污泥沉降性瞬时变差，SV30值在92%左右。对污泥进行镜检发现，此时菌胶团与丝状菌并存，但钟虫、轮虫等微生物出现率极低，膜出水量不足30mL/min，说明污泥状况很差，并推测粘度过高，导致通量快速下降。将膜取出，发现其上黏附了大量粘性污泥，并带有长丝。遂对膜用NaClO(0．5%)+NaOH(2%)进行清洗，再置入反应器内，并连续曝气。在随后的抽检过程中，膜表面仅有少量粘性污泥，拉丝现象消失。通过镜检观察，丝状菌大量减少，菌胶团占据优势，钟虫、轮虫的出现率增加。说明高粘性的腐化污泥已被消化，但SV30值依然高达90%，污泥膨胀现象依然存在，并且丝状菌已不是发生膨胀的主要原因。每天测定MLSS、MLVSS、COD、TP、NH3－N、TN、DO、pH值、温度等。其中，COD采用HACHCOD测定仪进行测定，DO、pH值、温度采用Orion在线检测仪测定，其余指标采用国家标准方法测定。2结果与讨论2.1污泥浓度的变化污泥浓度的变化见图2。图2污泥浓度的变化Fig．2VariationofMLSS，MLVSSandSVIinMBR由图2可知，在1～7d，SVI值＞200mL/g;8～22d，SVI值处于150～200mL/g之间;随后几天SVI值迅速降至100mL/g以下，污泥膨胀现象消失。试验期间系统不排泥，反应器内的污泥浓度无太大变化，MLSS在5000mg/L附近波动。另外，从图2可以看出:当污泥膨胀严重时，污泥浓度呈上升趋势;当污泥膨胀出现好转时，污泥浓度开始下降。在初期，由于污泥絮体体积小，菌胶团凝聚力不强，造成污泥沉降性差，使得混合液的MLSS逐渐上升;当菌胶团大量出现之后，这种趋势将发生改变［3］。镜检发现，丝状菌在数量上不占优势，说明非丝状菌污泥膨胀不利于MBR内污泥的减量化。2.2对COD、N、P去除效果的影响2.2.1对COD去除效果的影响试验期间MBR对COD的去除效果见图3。通·39·．watergasheat．com彭焘，等:非丝状菌污泥膨胀对无排泥MBR的影响第28卷第7期常MBR对COD的去除率较高，平均可达到80%以上［3］。由图3可知，在污泥膨胀期间，当进水COD浓度较高时，MBR对COD的去除率在60%～75%;当进水COD浓度较低时，对COD的去除率明显升高，达到80%～95%。除了微生物对COD进行降解外，膜对COD也有一定的去除作用，这要得益于膜表面各种微生物的吸附作用及膜对水中粒径大于膜孔径的大分子有机物的过滤拦截作用［4］。检测结果显示，非丝状菌污泥膨胀对MBR系统中COD的去除影响不大。图3对COD的去除效果Fig．3RemovalofCODinMBR2.2.2对TP去除效果的影响试验期间MBR对TP的去除效果见图4。图4对TP的去除效果Fig．4RemovalofTPinMBR试验初期，进水COD浓度较高，且新加入的污泥微生物经过了食物匮乏阶段，在好氧条件下活性较强，能吸附较多的磷，使系统对磷有较高的去除率。随着进水COD浓度的下降及TP浓度的上升，系统对磷的去除效果呈下降趋势，去除率由80%以上逐渐下降至30%左右。非丝状菌污泥膨胀初期，MBR对磷有较好的去除效果，随着污泥沉降性的好转以及污泥停留时间的增加，系统对磷的去除率呈下降趋势。可以认为，适当的污泥膨胀，有利于无排泥MBR系统对磷的去除，但是，污泥停留时间仍然是决定磷去除效果的重要因素之一，过长的停留时间不利于对磷的去除。2.2.3对氮去除效果的影响①对TN的去除效果试验期间MBR的脱氮效果见图5。图5对TN的去除效果Fig．5RemovalofTNinMBR由于系统DO维持在3～8mg/L，且发生污泥膨胀后污泥颗粒细碎，絮体体积微小，溶解氧很容易到达絮体内部，无法形成缺氧环境，不利于反硝化作用的发生，影响了对TN的去除。由图5可知，出水TN浓度随着进水浓度的降低而降低，整个过程中对TN的去除率不高且不稳定。MBR发生非丝状菌污泥膨胀后，需要采取相应措施，才能保证系统对TN有较高的去除率，如降低曝气量、提高污泥浓度或增加碳源的供给等。②对NH3－N的去除效果根据除氨氮原理，在好氧环境下，只要碳源满足，活性污泥对NH3－N都有很好的去除效果［3］。试验期间MBR对NH3－N的去除效果见图6。图6对NH3－N的去除效果Fig．6RemovalofNH3－NinMBR由图6可以看出，试验初期系统对NH3－N的去除效果不稳定，从第10天开始，出水NH3－N浓度稳定在较低的水平，MBR对NH3－N的去除率维持在95%以上，不受进水NH3－N浓度的影响。这说明发生非丝状菌污泥膨胀后，只要保证充足的碳源和好氧环境，MBR对NH3－N依然有很高的去除率。·49·第28卷第7期中国给水排水．watergasheat．com2.3非丝状菌污泥膨胀的消除方法非丝状菌污泥膨胀的控制方法通常是投加铁盐、铝盐等絮凝剂改善污泥沉降性能，或者改善进水营养比例，改变氮、磷浓度，根据引起污泥膨胀的具体原因，有针对性地调整与控制运行条件，使系统恢复到正常状态［4］。在本试验中，由于最初的污泥膨胀是由高粘度的丝状菌引起，随后转变成非丝状菌污泥膨胀，所以通过膜清洗、连续曝气、增加进水TP浓度、降低进水COD和TN浓度，在没有投加絮凝剂、无污泥排放的条件下，实现了对非丝状菌污泥膨胀的控制。3结论MBR发生非丝状菌污泥膨胀时，不利于系统内污泥的减量化;污泥仍有较高的活性，对COD的去除无太大影响;初期有利于TP的去除，随着污泥膨胀消失和污泥停留时间的延长，对TP的去除率逐渐下降;对NH3－N的去除效果影响较小，但对TN的去除效果影响较大，系统脱氮率不高。MBR发生非丝状菌污泥膨胀后，出水水质不会骤然恶化，针对具体原因采取相应措施，可在较短时间内消除污泥膨胀现象，使MBR系统恢复正常运行。参考文献:［1］李康，王立国，苏保卫，等．污泥形态变化对膜生物反应器处理性能及膜污染的影响［J］．水处理技术，2007，33(1):51－54．［2］高春娣，彭永臻，王淑莹．磷缺乏引起的非丝状菌活性污泥膨胀［J］．中国环境科学，2002，22(1):40－43．［3］ZhangB，Y