摘要通过对北京市大型城市污水处理厂优势丝状菌鉴定及温度、生物选择器和溶解氧对污泥膨胀影响的研究分析,发现脱氮除磷工艺普遍会在冬季发生由Microthrixparvicella菌引起的污泥膨胀。研究了温度与SVI的变化规律,分析了出水亚硝酸氮和SVI的相关性,并对生物选择器和不同DO浓度对污泥膨胀的影响进行了分析。
随着大量的城市污水处理厂升级改造成具有
脱氮除磷功能的工艺,污泥膨胀成为困扰工艺运行的主要问题之一,严重的污泥膨胀不仅会影响出水水质,还影响污泥处理的效率,给污水处理厂的正常运行带来很大困难。本文通过对北京4座城市污水处理厂的优势菌种鉴定、温度、工艺形式、DO及出水亚硝酸氮与SVI的相关性进行分析,研究了城市污水处理厂脱氮除磷工艺污泥膨胀的规律和原因。1污水处理厂工艺简介对酒仙桥、方庄、小红门、吴家村4座城市污水处理厂进行研究。酒仙桥污水处理厂的处理规模为20万m3/d,采用单沟式氧化沟工艺,氧化沟由选择器、厌氧池和单沟式氧化沟组成;方庄污水处理厂的处理规模为4万m3/d,采用A2/O工艺,好氧区内设置固定式填料;小红门污水处理厂的处理规模为60万m3/d,采用A2/O工艺;吴家村污水处理厂的处理规模为8万m3/d,采用好氧选择器+SBR工艺,SBR工艺为完全的好氧处理。
酒仙桥、方庄、小红门这3座污水处理厂在近几年冬季都会出现不同程度的污泥膨胀现象,而吴家村污水处理厂的选择器+SBR工艺的污泥沉降性能一直较好,没有出现污泥膨胀现象。2优势丝状菌种属鉴定此次研究对小红门、酒仙桥、方庄这3座出现污泥膨胀的污水处理厂进行了优势丝状菌种属鉴定,鉴定方法包括革兰氏染色和纳氏染色,染色结果如图1～图4所示。图1～图3均为好氧池所取的污泥样,图4为缺氧池面生物泡沫。
从对酒仙桥污水处理厂、方庄污水处理厂活性32
给水排水Vol135No1122009
污泥的革兰氏和纳氏染色来看(见图1、图2),可鉴定优势丝状菌主要为Microthrixparvicella(革兰氏阳性、纳氏阳性),此外还有部分丝状菌呈革兰氏阴性、纳氏阳性,有可能是Type0092型。
图3的染色结果表明,小红门污水处理厂的优势丝状菌鉴定为Type1701型;而对缺氧池生物泡沫的染色显示(见图4),生物泡沫中优势丝状菌鉴定为Microthrixparvicella。这表明,在小红门污水处理厂中Type1701为主要丝状菌,Microthrixparvicella为次要的优势丝状菌。
3分析与讨论3.1温度对污泥沉降性能的影响
图5～图8是酒仙桥、小红门、方庄污水处理厂2008年污泥指数(SVI)与温度的关系。
通常,曝气池的温度介于8～25℃,在这一温度范围内丝状菌的生长速率随着温度的升高而提高,但Microthrixparvicella的情况例外,Microthrix
parvicella在长泥龄、低温(10～15℃
)的活性污泥系统中会占据主导地位[1,2]。从图5～图7可以看出,酒仙桥、小红门、方庄污水处理厂SVI与温度呈明显的负相关,温度高则SVI低,温度低则SVI高。这表明Microthrixparvicella是低温季节普遍存在于脱氮除磷工艺中的丝状菌,从对微生物的染色分析也证明了这一点。此外,从上述3座污水处理厂SVI随时间的变化情况来看,Microthrixparvicella的增殖速率较慢,通常需要2～3个泥龄才会发生显著的污泥膨胀。
吴家村污水处理厂的SVI与温度之间没有明显的相关性,这说明采用选择器+完全好氧SBR的生物处理工艺SVI基本不受温度的影响。3.2工艺形式对污泥沉降性的影响
表1为2008年上述4座污水处理厂的工艺类型对污泥指数(SVI)的影响情况,除吴家村污水处理厂外,其他3座具有脱氮除磷工艺的污水处理厂在温度较低的季节普遍会发生污泥膨胀现象,由此可见,有着厌氧、缺氧功能的生物脱氮除磷工艺普遍会发生Microthrixparvicella引起的污泥膨胀。
从表1也可以看出,选择器并不是控制污泥膨胀的万能手段,虽然在酒仙桥和吴家村污水处理厂都有生物选择器,但是其实际效果完全不同。事实上,吴家村污水处理厂采用的选择器+SBR工艺的初始底物浓度较高,Chudoba认为在较高底物浓度情况下,丝状菌的生长速率要低于菌胶团菌的生长速率,因而可以对污泥膨胀起到有效的控制作用
表一
厌氧选择器是利用丝状菌不能储存聚磷酸盐的机理,给予聚磷菌基质吸收和生长方面的优势条件,从实际运行效果来看,酒仙桥污水处理厂的厌氧选择器无法控制Microthrixparvicella产生的污泥膨胀。
3.3DO对污泥沉降性能的影响
众所周知,DO对污泥的沉降性能有明显的影响,曝气不足或不均都会产生严重的污泥膨胀,方庄、酒仙桥污水处理厂的DO都在2mg/L以上(见表2),可见DO不是造成污泥膨胀的主要原因。而小红门污水处理厂的DO较低,SVI较高,除了低温是导致Microthrixparvicella成为优势丝状菌种的原因外,较低的DO也可能是Microthrix
parvicella成为优势菌种的原因之一。
表3是小红门污水处理厂曝气效果对SVI的影响,从对四个系列曝气效果良好和曝气效果同期变差后的对比中可以发现(C系列持续进行化学除磷,污泥沉降性能相对较好),曝气不足是造成污泥膨胀的重要因素。同时,曝气效果变差后在曝气池内出现曝气不均匀之处,鉴定出的优势丝状菌种属Type1701正是在DO严重不足情况下容易出现的一种丝状菌,此类丝状菌在很宽的污泥负荷都可以生存,特别容易在曝气分布不均的情况下出现。
3.4出水亚硝酸盐氮对污泥膨胀的影响
Casey[3,4]提出了低负荷生物脱氮除磷工艺中的
污泥膨胀假说,该假说认为菌胶团菌可以通过反硝化中间产物NO-2—N、NO、N2O将硝酸氮还原为氮气。如果由于缺氧区的反硝化不充分而导致好氧区存在亚硝酸氮,那么中间产物NO和N2O(特别是NO)就会抑制菌胶团菌的好氧细胞色素,进而抑制
其好氧情况下的基质利用;相反,丝状菌特别是
Microthrixparvicella及其他一些在低负荷情况下
产生的丝状菌,只能够将硝酸氮还原为亚硝酸氮,因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O,这样丝状菌就不会在好氧情况被抑制,因而更具竞争优势,进而成为优势菌种。
随着大量的城市污水处理厂升级改造成具有脱氮除磷功能的工艺,污泥膨胀成为困扰工艺运行的主要问题之一,严重的污泥膨胀不仅会影响出水水质,还影响污泥处理的效率,给污水处理厂的正常运行带来很大困难。本文通过对北京4座城市污水处理厂的优势菌种鉴定、温度、工艺形式、DO及出水亚硝酸氮与SVI的相关性进行分析,研究了城市污水处理厂脱氮除磷工艺污泥膨胀的规律和原因。 污水处理厂工艺简介对酒仙桥、方庄、小红门、吴家村4座城市污水处理厂进行研究。酒仙桥污水处理厂的处理规模为20万m3/d,采用单沟式氧化沟工艺,氧化沟由选择器、厌氧池和单沟式氧化沟组成;方庄污水处理厂的处理规模为4万m3/d,采用A2/O工艺,好氧区内设置固定式填料;小红门污水处理厂的处理规模为60万m3/d,采用A2/O工艺;吴家村污水处理厂的处理规模为8万m3/d,采用好氧选择器+SBR工艺,SBR工艺为完全的好氧处理。
酒仙桥、方庄、小红门这3座污水处理厂在近几年冬季都会出现不同程度的污泥膨胀现象,而吴家村污水处理厂的选择器+SBR工艺的污泥沉降性能一直较好,没有出现污泥膨胀现象。2 优势丝状菌种属鉴定此次研究对小红门、酒仙桥、方庄这3座出现污泥膨胀的污水处理厂进行了优势丝状菌种属鉴定,鉴定方法包括革兰氏染色和纳氏染色,染色结果如图1～图4所示。图1～图3均为好氧池所取的污泥样,图4为缺氧池面生物泡沫。
从对酒仙桥污水处理厂、方庄污水处理厂活性污泥的革兰氏和纳氏染色来看(见图1、图2),可鉴定优势丝状菌主要为Microthrixparvicella(革兰氏阳性、纳氏阳性),此外还有部分丝状菌呈革兰氏阴性、纳氏阳性,有可能是Type0092型。
图3的染色结果表明,小红门污水处理厂的优势丝状菌鉴定为Type1701型;而对缺氧池生物泡沫的染色显示(见图4),生物泡沫中优势丝状菌鉴定为Microthrixparvicella。这表明,在小红门污水处理厂中Type1701为主要丝状菌,Microthrixparvicella为次要的优势丝状菌。
3 分析与讨论3.1 温度对污泥沉降性能的影响
图5～图8是酒仙桥、小红门、方庄污水处理厂2008年污泥指数(SVI)与温度的关系。
通常,曝气池的温度介于8～25℃,在这一温度范围内丝状菌的生长速率随着温度的升高而提高,但Microthrixparvicella的情况例外,Microthrixparvicella在长泥龄、低温(10～15℃)的活性污泥系统中会占据主导地位[1,2]。从图5～图7可以看出,酒仙桥、小红门、方庄污水处理厂SVI与温度呈明显的负相关,温度高则SVI低,温度低则SVI高。这表明Microthrixparvicella是低温季节普遍存在于脱氮除磷工艺中的丝状菌,从对微生物的染色分析也证明了这一点。此外,从上述3座污水处理厂SVI随时间的变化情况来看,Microthrixparvicella的增殖速率较慢,通常需要2～3个泥龄才会发生显著的污泥膨胀。
吴家村污水处理厂的SVI与温度之间没有明显的相关性,这说明采用选择器+完全好氧SBR的生物处理工艺SVI基本不受温度的影响。
3.2 工艺形式对污泥沉降性的影响
表1为2008年上述4座污水处理厂的工艺类型对污泥指数(SVI)的影响情况,除吴家村污水处理厂外,其他3座具有脱氮除磷工艺的污水处理厂在温度较低的季节普遍会发生污泥膨胀现象,由此可见,有着厌氧、缺氧功能的生物脱氮除磷工艺普遍会发生Microthrixparvicella引起的污泥膨胀。
从表1也可以看出,选择器并不是控制污泥膨胀的万能手段,虽然在酒仙桥和吴家村污水处理厂都有生物选择器,但是其实际效果完全不同。事实上,吴家村污水处理厂采用的选择器+SBR工艺的初始底物浓度较高,Chudoba认为在较高底物浓度情况下,丝状菌的生长速率要低于菌胶团菌的生长速率,因而可以对污泥膨胀起到有效的控制作用。
厌氧选择器是利用丝状菌不能储存聚磷酸盐的机理,给予聚磷菌基质吸收和生长方面的优势条件,从实际运行效果来看,酒仙桥污水处理厂的厌氧选择器无法控制Microthrixparvicella产生的污泥膨胀。
3.3 DO对污泥沉降性能的影响
众所周知,DO对污泥的沉降性能有明显的影响,曝气不足或不均都会产生严重的污泥膨胀,方庄、酒仙桥污水处理厂的DO都在2mg/L以上(见表2),可见DO不是造成污泥膨胀的主要原因。而小红门污水处理厂的DO较低,SVI较高,除了低温是导致Microthrixparvicella成为优势丝状菌种的原因外,较低的DO也可能是Microthriparvicella成为优势菌种的原因之一。
表3是小红门污水处理厂曝气效果对SVI的影响,从对四个系列曝气效果良好和曝气效果同期变差后的对比中可以发现(C系列持续进行化学除磷,污泥沉降性能相对较好),曝气不足是造成污泥膨胀的重要因素。同时,曝气效果变差后在曝气池内出现曝气不均匀之处,鉴定出的优势丝状菌种属Type1701正是在DO严重不足情况下容易出现的一种丝状菌,此类丝状菌在很宽的污泥负荷都可以生存,特别容易在曝气分布不均的情况下出现。
3.4 出水亚硝酸盐氮对污泥膨胀的影响
Casey[3,4]提出了低负荷生物脱氮除磷工艺中的
污泥膨胀假说,该假说认为菌胶团菌可以通过反硝化中间产物NO-2—N、NO、N2O将硝酸氮还原为氮气。如果由于缺氧区的反硝化不充分而导致好氧区存在亚硝酸氮,那么中间产物NO和N2O(特别是NO)就会抑制菌胶团菌的好氧细胞色素,进而抑制其好氧情况下的基质利用;相反,丝状菌特别是Microthrixparvicella及其他一些在低负荷情况下产生的丝状菌,只能够将硝酸氮还原为亚硝酸氮,因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O,这样丝状菌就不会在好氧情况被抑制,因而更具竞争优势,进而成为优势菌种。
