别让污泥成长为拆迁队!

进行,因此暂停了反应器的运行。在这一年半的运行中,我们发现了污泥膨胀现象。经过对实验数据的分析,发现引起污泥膨胀的主要原因是废水中BOD(生化需氧量)负荷变化过于剧烈,导致溶解氧不足和pH值急剧下降。污泥膨胀会加剧膜污染,并导致氨氮的去除率下降,但不会对有机污染物的去除产生显著的影响。通过调整废水中BOD负荷变化速率以及提高混合液中的溶解氧含量,可以有效地控制污泥膨胀。我们的研究有助于更好地理解MBR反应器的运行机理,为MBR反应器的应用提供理论基础。

在改变进水水质后,对模拟生活污水的MBR共发生了两次污泥膨胀现象。膨胀期间,污泥的颜色逐渐变深且变黑,污泥结构松散,有大量泡沫不断溢出,在反应器内部产生,SVI值明显上升,最大值达到300 mL/g。此时微生物的种类和数量呈明显减少趋势,丝状菌长约100-300μm,直径约0.7-1.3μm。膨胀期间,污泥的沉降比从原来的30%上升到98%-99%,严重影响了MBR反应器的运行效果。污泥膨胀不仅降低了反应器中的氨氮和总磷的去除率,而且还加剧了膜污染,最终导致MBR反应器不能正常运行。此外,污泥膨胀严重影响了MBR反应器的经济效益,增加了废水处理成本。因此,控制污泥膨胀是MBR反应器运行的关键。经试验得出,污泥膨胀对COD的去除效果影响较小,MBR对COD的平均去除率仍高达92.8%,但生物去除COD的效率有所下降。类似地,污泥膨胀对MBR去除BOD的影响较小,对BOD的平均去除率为95.9%。在MBR中,膜的截留作用对氨氮去除的贡献非常小,因此NH3-N主要依靠微生物去除。由于发生污泥膨胀时溶解氧只有0.7mg/L,导致硝化过程的贡献受到了较大影响,对NH3-N的去除效果很差。有关NH3-N去除效果的数据详见图1。

发生污泥膨胀后,MBR的膜对COD的去除率从13.2%上升到27.8%,膜的污染程度加重,膜通量急剧下降,膜阻力上升速率提高了近5倍。在同等压力差(0.05 MPa)下的工作条件下,污泥膨胀导致的膜污染缩短了2/3的工作周期。详情请参见图2。根据表1,后期进水COD值是前期的3-4倍,BOD5是前期的2-3倍,NH3-N甚至高达10-20倍,导致污泥的负荷率从0.14-0.18 kg BOD/kg VSS/d 增加到1.22-1.38 kg BOD/kg VSS/d。除此之外,温度和pH的变化以及营养物质的不平衡等因素也会促进污泥膨胀。控制污泥膨胀的有效方法包括监测废水进水质量、调整反应器的操作参数、控制好进水质量和反应器内的水力条件等。如果将BOD负荷率从0.22-0.28 kg BOD/(kg MLSS·d)提高到0.48-0.67 kg BOD/(kg MLSS·d),同时当BOD负荷率达到0.5-1.5 kg BOD/(kg MLSS·d)时,就会很容易发生污泥膨胀。这是因为过快的负荷率变化和负荷率过高,导致了供氧不足,促进了丝状菌的繁殖(镜检显示丝状菌为浮游球衣菌)。在发生污泥膨胀之后,首要措施应该是从改善进水水质入手,减少污泥负荷率并调整营养物质的比例,然后进行闷曝,同时提高混合液中的溶解氧含量。然而,在第一次污泥膨胀即将被控制的时候,较低的pH值再次促进了丝状菌的繁殖,出现了第二次污泥膨胀。经过分析发现,原水在高位水池停留时间过长引起了早期消化反应,产生了大量的低分子有机酸和硫化氢。为此,我们可以减少原水在高位水池的停留时间,及时更换已经发生消化反应的原水,同时向反应器中投加碱以调节pH值。经过十几天的运行后,我们终于成功控制了污泥膨胀问题。结论如下:(1) 当MBR发生污泥膨胀时,对有机物的去除效果没有明显影响,但会显著降低NH3-N的去除率,并导致膜污染程度加剧,膜通量会迅速降低。 (2) 污泥负荷率变化过快和负荷率过高是导致污泥膨胀的主要原因。因此,在MBR的设计中,应该采用合理的BOD负荷率,并控制好曝气池的DO和污泥浓度,避免由于污泥浓度过高而引起溶解氧不足的问题。参考文献为Kishino H, Ishida H. (1996). “Domestic wastewater reuse using a submerged membrane bioreactor”. Desalination, 106: 115-119.参考文献2为顾国维和何义亮合著的《膜生物反应器在污水处理中的研究和应用》一书,出版社为化学工业出版社,出版于2002年。参考文献3为作者李军和傅金祥的《MBR法处理污水的试验研究》论文,发表于《沈阳建筑工程学院学报》2003年第19卷第1期,作者还包括苏锦明、朴芬淑、周晴和赵玉华。