摘要通過對北京市大型城市污水處理廠優勢絲狀菌鑒定及溫度、生物選擇器和溶解氧對污泥膨脹影響的研究分析,發現脫氮除磷工藝普遍會在冬季發生由Microthrixparvicella菌引起的污泥膨脹。研究了溫度與SVI的變化規律,分析了出水亞硝酸氮和SVI的相關性,并對生物選擇器和不同DO濃度對污泥膨脹的影響進行了分析。
隨著大量的城市污水處理廠升級改造成具有
脫氮除磷功能的工藝,污泥膨脹成為困擾工藝運行的主要問題之一,嚴重的污泥膨脹不僅會影響出水水質,還影響污泥處理的效率,給污水處理廠的正常運行帶來很大困難。本文通過對北京4座城市污水處理廠的優勢菌種鑒定、溫度、工藝形式、DO及出水亞硝酸氮與SVI的相關性進行分析,研究了城市污水處理廠脫氮除磷工藝污泥膨脹的規律和原因。1污水處理廠工藝簡介對酒仙橋、方莊、小紅門、吳家村4座城市污水處理廠進行研究。酒仙橋污水處理廠的處理規模為20萬m3/d,采用單溝式氧化溝工藝,氧化溝由選擇器、厭氧池和單溝式氧化溝組成;方莊污水處理廠的處理規模為4萬m3/d,采用A2/O工藝,好氧區內設置固定式填料;小紅門污水處理廠的處理規模為60萬m3/d,采用A2/O工藝;吳家村污水處理廠的處理規模為8萬m3/d,采用好氧選擇器+SBR工藝,SBR工藝為完全的好氧處理。
酒仙橋、方莊、小紅門這3座污水處理廠在近幾年冬季都會出現不同程度的污泥膨脹現象,而吳家村污水處理廠的選擇器+SBR工藝的污泥沉降性能一直較好,沒有出現污泥膨脹現象。2優勢絲狀菌種屬鑒定此次研究對小紅門、酒仙橋、方莊這3座出現污泥膨脹的污水處理廠進行了優勢絲狀菌種屬鑒定,鑒定方法包括革蘭氏染色和納氏染色,染色結果如圖1～圖4所示。圖1～圖3均為好氧池所取的污泥樣,圖4為缺氧池面生物泡沫。
從對酒仙橋污水處理廠、方莊污水處理廠活性32
給水排水Vol135No1122009
污泥的革蘭氏和納氏染色來看(見圖1、圖2),可鑒定優勢絲狀菌主要為Microthrixparvicella(革蘭氏陽性、納氏陽性),此外還有部分絲狀菌呈革蘭氏陰性、納氏陽性,有可能是Type0092型。
圖3的染色結果表明,小紅門污水處理廠的優勢絲狀菌鑒定為Type1701型;而對缺氧池生物泡沫的染色顯示(見圖4),生物泡沫中優勢絲狀菌鑒定為Microthrixparvicella。這表明,在小紅門污水處理廠中Type1701為主要絲狀菌,Microthrixparvicella為次要的優勢絲狀菌。
3分析與討論3.1溫度對污泥沉降性能的影響
圖5～圖8是酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠2008年污泥指數(SVI)與溫度的關系。
通常,曝氣池的溫度介于8～25℃,在這一溫度范圍內絲狀菌的生長速率隨著溫度的升高而提高,但Microthrixparvicella的情況例外,Microthrix
parvicella在長泥齡、低溫(10～15℃
)的活性污泥系統中會占據主導地位[1,2]。從圖5～圖7可以看出,酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠SVI與溫度呈明顯的負相關,溫度高則SVI低,溫度低則SVI高。這表明Microthrixparvicella是低溫季節普遍存在于脫氮除磷工藝中的絲狀菌,從對微生物的染色分析也證明了這一點。此外,從上述3座污水處理廠SVI隨時間的變化情況來看,Microthrixparvicella的增殖速率較慢,通常需要2～3個泥齡才會發生顯著的污泥膨脹。
吳家村污水處理廠的SVI與溫度之間沒有明顯的相關性,這說明采用選擇器+完全好氧SBR的生物處理工藝SVI基本不受溫度的影響。3.2工藝形式對污泥沉降性的影響
表1為2008年上述4座污水處理廠的工藝類型對污泥指數(SVI)的影響情況,除吳家村污水處理廠外,其他3座具有脫氮除磷工藝的污水處理廠在溫度較低的季節普遍會發生污泥膨脹現象,由此可見,有著厭氧、缺氧功能的生物脫氮除磷工藝普遍會發生Microthrixparvicella引起的污泥膨脹。
從表1也可以看出,選擇器并不是控制污泥膨脹的萬能手段,雖然在酒仙橋和吳家村污水處理廠都有生物選擇器,但是其實際效果完全不同。事實上,吳家村污水處理廠采用的選擇器+SBR工藝的初始底物濃度較高,Chudoba認為在較高底物濃度情況下,絲狀菌的生長速率要低于菌膠團菌的生長速率,因而可以對污泥膨脹起到有效的控制作用
表一
厭氧選擇器是利用絲狀菌不能儲存聚磷酸鹽的機理,給予聚磷菌基質吸收和生長方面的優勢條件,從實際運行效果來看,酒仙橋污水處理廠的厭氧選擇器無法控制Microthrixparvicella產生的污泥膨脹。
3.3DO對污泥沉降性能的影響
眾所周知,DO對污泥的沉降性能有明顯的影響,曝氣不足或不均都會產生嚴重的污泥膨脹,方莊、酒仙橋污水處理廠的DO都在2mg/L以上(見表2),可見DO不是造成污泥膨脹的主要原因。而小紅門污水處理廠的DO較低,SVI較高,除了低溫是導致Microthrixparvicella成為優勢絲狀菌種的原因外,較低的DO也可能是Microthrix
parvicella成為優勢菌種的原因之一。
表3是小紅門污水處理廠曝氣效果對SVI的影響,從對四個系列曝氣效果良好和曝氣效果同期變差后的對比中可以發現(C系列持續進行化學除磷,污泥沉降性能相對較好),曝氣不足是造成污泥膨脹的重要因素。同時,曝氣效果變差后在曝氣池內出現曝氣不均勻之處,鑒定出的優勢絲狀菌種屬Type1701正是在DO嚴重不足情況下容易出現的一種絲狀菌,此類絲狀菌在很寬的污泥負荷都可以生存,特別容易在曝氣分布不均的情況下出現。
3.4出水亞硝酸鹽氮對污泥膨脹的影響
Casey[3,4]提出了低負荷生物脫氮除磷工藝中的
污泥膨脹假說,該假說認為菌膠團菌可以通過反硝化中間產物NO-2—N、NO、N2O將硝酸氮還原為氮氣。如果由于缺氧區的反硝化不充分而導致好氧區存在亞硝酸氮,那么中間產物NO和N2O(特別是NO)就會抑制菌膠團菌的好氧細胞色素,進而抑制
其好氧情況下的基質利用;相反,絲狀菌特別是
Microthrixparvicella及其他一些在低負荷情況下
產生的絲狀菌,只能夠將硝酸氮還原為亞硝酸氮,因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O,這樣絲狀菌就不會在好氧情況被抑制,因而更具競爭優勢,進而成為優勢菌種。
隨著大量的城市污水處理廠升級改造成具有脫氮除磷功能的工藝,污泥膨脹成為困擾工藝運行的主要問題之一,嚴重的污泥膨脹不僅會影響出水水質,還影響污泥處理的效率,給污水處理廠的正常運行帶來很大困難。本文通過對北京4座城市污水處理廠的優勢菌種鑒定、溫度、工藝形式、DO及出水亞硝酸氮與SVI的相關性進行分析,研究了城市污水處理廠脫氮除磷工藝污泥膨脹的規律和原因。 污水處理廠工藝簡介對酒仙橋、方莊、小紅門、吳家村4座城市污水處理廠進行研究。酒仙橋污水處理廠的處理規模為20萬m3/d,采用單溝式氧化溝工藝,氧化溝由選擇器、厭氧池和單溝式氧化溝組成;方莊污水處理廠的處理規模為4萬m3/d,采用A2/O工藝,好氧區內設置固定式填料;小紅門污水處理廠的處理規模為60萬m3/d,采用A2/O工藝;吳家村污水處理廠的處理規模為8萬m3/d,采用好氧選擇器+SBR工藝,SBR工藝為完全的好氧處理。
酒仙橋、方莊、小紅門這3座污水處理廠在近幾年冬季都會出現不同程度的污泥膨脹現象,而吳家村污水處理廠的選擇器+SBR工藝的污泥沉降性能一直較好,沒有出現污泥膨脹現象。2 優勢絲狀菌種屬鑒定此次研究對小紅門、酒仙橋、方莊這3座出現污泥膨脹的污水處理廠進行了優勢絲狀菌種屬鑒定,鑒定方法包括革蘭氏染色和納氏染色,染色結果如圖1～圖4所示。圖1～圖3均為好氧池所取的污泥樣,圖4為缺氧池面生物泡沫。
從對酒仙橋污水處理廠、方莊污水處理廠活性污泥的革蘭氏和納氏染色來看(見圖1、圖2),可鑒定優勢絲狀菌主要為Microthrixparvicella(革蘭氏陽性、納氏陽性),此外還有部分絲狀菌呈革蘭氏陰性、納氏陽性,有可能是Type0092型。
圖3的染色結果表明,小紅門污水處理廠的優勢絲狀菌鑒定為Type1701型;而對缺氧池生物泡沫的染色顯示(見圖4),生物泡沫中優勢絲狀菌鑒定為Microthrixparvicella。這表明,在小紅門污水處理廠中Type1701為主要絲狀菌,Microthrixparvicella為次要的優勢絲狀菌。
3 分析與討論3.1 溫度對污泥沉降性能的影響
圖5～圖8是酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠2008年污泥指數(SVI)與溫度的關系。
通常,曝氣池的溫度介于8～25℃,在這一溫度范圍內絲狀菌的生長速率隨著溫度的升高而提高,但Microthrixparvicella的情況例外,Microthrixparvicella在長泥齡、低溫(10～15℃)的活性污泥系統中會占據主導地位[1,2]。從圖5～圖7可以看出,酒仙橋、小紅門、方莊污水處理廠SVI與溫度呈明顯的負相關,溫度高則SVI低,溫度低則SVI高。這表明Microthrixparvicella是低溫季節普遍存在于脫氮除磷工藝中的絲狀菌,從對微生物的染色分析也證明了這一點。此外,從上述3座污水處理廠SVI隨時間的變化情況來看,Microthrixparvicella的增殖速率較慢,通常需要2～3個泥齡才會發生顯著的污泥膨脹。
吳家村污水處理廠的SVI與溫度之間沒有明顯的相關性,這說明采用選擇器+完全好氧SBR的生物處理工藝SVI基本不受溫度的影響。
3.2 工藝形式對污泥沉降性的影響
表1為2008年上述4座污水處理廠的工藝類型對污泥指數(SVI)的影響情況,除吳家村污水處理廠外,其他3座具有脫氮除磷工藝的污水處理廠在溫度較低的季節普遍會發生污泥膨脹現象,由此可見,有著厭氧、缺氧功能的生物脫氮除磷工藝普遍會發生Microthrixparvicella引起的污泥膨脹。
從表1也可以看出,選擇器并不是控制污泥膨脹的萬能手段,雖然在酒仙橋和吳家村污水處理廠都有生物選擇器,但是其實際效果完全不同。事實上,吳家村污水處理廠采用的選擇器+SBR工藝的初始底物濃度較高,Chudoba認為在較高底物濃度情況下,絲狀菌的生長速率要低于菌膠團菌的生長速率,因而可以對污泥膨脹起到有效的控制作用。
厭氧選擇器是利用絲狀菌不能儲存聚磷酸鹽的機理,給予聚磷菌基質吸收和生長方面的優勢條件,從實際運行效果來看,酒仙橋污水處理廠的厭氧選擇器無法控制Microthrixparvicella產生的污泥膨脹。
3.3 DO對污泥沉降性能的影響
眾所周知,DO對污泥的沉降性能有明顯的影響,曝氣不足或不均都會產生嚴重的污泥膨脹,方莊、酒仙橋污水處理廠的DO都在2mg/L以上(見表2),可見DO不是造成污泥膨脹的主要原因。而小紅門污水處理廠的DO較低,SVI較高,除了低溫是導致Microthrixparvicella成為優勢絲狀菌種的原因外,較低的DO也可能是Microthriparvicella成為優勢菌種的原因之一。
表3是小紅門污水處理廠曝氣效果對SVI的影響,從對四個系列曝氣效果良好和曝氣效果同期變差后的對比中可以發現(C系列持續進行化學除磷,污泥沉降性能相對較好),曝氣不足是造成污泥膨脹的重要因素。同時,曝氣效果變差后在曝氣池內出現曝氣不均勻之處,鑒定出的優勢絲狀菌種屬Type1701正是在DO嚴重不足情況下容易出現的一種絲狀菌,此類絲狀菌在很寬的污泥負荷都可以生存,特別容易在曝氣分布不均的情況下出現。
3.4 出水亞硝酸鹽氮對污泥膨脹的影響
Casey[3,4]提出了低負荷生物脫氮除磷工藝中的
污泥膨脹假說,該假說認為菌膠團菌可以通過反硝化中間產物NO-2—N、NO、N2O將硝酸氮還原為氮氣。如果由于缺氧區的反硝化不充分而導致好氧區存在亞硝酸氮,那么中間產物NO和N2O(特別是NO)就會抑制菌膠團菌的好氧細胞色素,進而抑制其好氧情況下的基質利用;相反,絲狀菌特別是Microthrixparvicella及其他一些在低負荷情況下產生的絲狀菌,只能夠將硝酸氮還原為亞硝酸氮,因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O,這樣絲狀菌就不會在好氧情況被抑制,因而更具競爭優勢,進而成為優勢菌種。
