趙屹坤，周 利，李凌云

(1.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.青島理工大學環(huán)境與市政工程學院，山東 青島 266033；3.北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院，北京 100022)

SBR法處理啤酒廢水DO對絲狀菌污泥膨脹的影響

趙屹坤1，周 利2，李凌云3

(1.北京科技大學土木與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.青島理工大學環(huán)境與市政工程學院，山東 青島 266033；3.北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院，北京 100022)

溶解氧（DO）濃度是影響絲狀菌污泥膨脹最重要的因素之一。選用具有代表性的啤酒廢水為處理對象，研究了SBR工藝中DO濃度對絲狀菌污泥膨脹的影響。結果表明：高DO濃度（4～6.5mg/L）不會導致絲狀菌污泥膨脹；低DO濃度能引起絲狀菌污泥膨脹，當DO濃度降低至0.4mg/L時，SVI升高到210mL/g，會導致污泥膨脹發(fā)生。低DO濃度下污泥膨脹發(fā)生后，在較高的DO濃度條件下運行一定的周期數(shù)后，污泥膨脹能得到有效控制，使污泥沉降性能恢復到正常水平。

絲狀菌污泥膨脹;SBR法;啤酒廢水;DO;SVI

活性污泥法自從問世以來，絲狀菌污泥膨脹（以下簡稱污泥膨脹）一直是困擾污水處理廠運行管理中的難題之一。污泥發(fā)生膨脹后不僅會導致污泥流失、出水水質惡化等現(xiàn)象，而且一旦發(fā)生就難以控制和恢復。近幾十年來，國外在污泥膨脹的機理與控制方面做了很多研究，取得了較大進展[1]，尤其是在絲狀菌的分離與種類鑒定上取得了豐碩的成果[2-3]。目前國內有通過投加藥劑及調控影響污泥膨脹因子來控制污泥膨脹的報道[4-5]，也有學者從活性污泥結構、生物種群及生物反應動力學等方面進行了研究[6-8]。根據研究成果，能夠導致污泥膨脹的因素有很多，如污水種類、污泥負荷、溶解氧濃度、pH值、氮磷營養(yǎng)物等等[9]，其中曝氣池混合液中溶解氧（DO）濃度是最重要的因素之一。國內由于溶解氧濃度不足造成的污泥膨脹現(xiàn)象時有發(fā)生[10-11]。國外有關DO濃度對絲狀菌污泥膨脹影響的研究報道中，得出的結論也不盡一致。Sezgin等人的研究發(fā)現(xiàn)，曝氣池混合液中DO濃度小于1.0mg/L時會引起污泥膨脹[12]；德國一研究小組則認為，曝氣池中DO濃度小于2.0mg/L時就會導致污泥膨脹；Benefield等人報道，高DO濃度會引起污泥膨脹[13]；Palm等人的研究結果表明，引起污泥膨脹的DO臨界值與污泥負荷有關，只要溶解氧成為限制，任何條件下都可能發(fā)生污泥膨脹[14]。

啤酒廢水是一種典型的工業(yè)廢水，其處理設施在實際運行中常會發(fā)生污泥膨脹。本文利用SBR能夠嚴格控制試驗條件的特點，研究探討了SBR法處理啤酒廢水DO濃度對污泥膨脹的影響規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗裝置及控制系統(tǒng)如圖1所示。SBR反應器為圓柱型，有效容積為38L，底部采用微孔曝氣頭，外部纏有電熱絲并通過溫控儀控制反應器內為恒溫20℃，在線檢測溶解氧濃度。進水方式為一次性加注。

圖1 SBR試驗系統(tǒng)

試驗中采用SBR工藝，可以嚴格地控制試驗條件，例如對進水底物濃度、起始污泥濃度、曝氣量及反應時間的控制能做到非常精確。

在研究DO對污泥膨脹影響的試驗中，對除DO以外的其它能夠影響污泥膨脹的因素進行嚴格的控制，使其不能成為導致污泥膨脹的控制因素。為此，在本試驗中：進水底物濃度為1000mg/L（CODCr）；BOD:N:P = 100:5:1；pH=6.5～8.5；MLSS = 2000mg/L。

1.2 方法

試驗過程中，通過控制曝氣量，分別將反應器內污泥混合液的DO濃度控制在高和低兩種條件下，考察運行過程中活性污泥的沉降性能及出水水質的變化。當污泥膨脹發(fā)生后，調整污泥混合液的DO濃度，考察膨脹污泥的沉降性能恢復至正常水平的可能性。

2 結果與討論

2.1 高DO濃度對污泥沉降性能的影響

好氧曝氣池內混合液中的DO濃度一般認為控制在2mg/L左右比較合適。為了考察高DO濃度對污泥沉降性能的影響，試驗中控制反應器DO濃度在4～6.5mg/L并運行相當長的時間，試驗結果如圖2所示。從圖2中可以看出，在DO=4～5mg/L時，污泥體積指數(shù)（SVI）穩(wěn)定在85mL/g左右，當DO達到6.5mg/L時，SVI值反而略有下降，并且此時的上清液比較渾濁。這表明在啤酒廢水底物降解過程中，高DO濃度并不利于絲狀菌繁殖，由于污泥中絲狀菌較少，使其絮體松散、脆弱，在較大的曝氣量下，被分裂成為細小零碎的絮體，導致上清液渾濁。

圖2 高DO濃度下SVI的變化情況

2.2 低DO濃度下的SVI變化規(guī)律

為了考察低DO濃度對活性污泥沉降性能的影響，在不同低DO濃度（DO=0.2～1.6mg/L）下進行了大量試驗，圖3是DO濃度從1.6mg/L逐漸降低時SVI的變化情況。試驗結果表明，反應過程中，DO濃度低時能改變污泥沉降性能而引發(fā)污泥膨脹。在本試驗條件下，當DO濃度降低至0.4mg/L時，SVI升高至210mL/g左右，導致污泥膨脹發(fā)生。在此之后，又進一步降低DO濃度，結果污泥膨脹進一步加劇。

圖3 不同低DO濃度時SVI的變化

由以上的試驗結果可以看出，反應過程中溶解氧濃度低時能夠導致污泥膨脹的發(fā)生。對由于反應器混合液中溶解氧的缺乏而引起的絲狀菌污泥膨脹，可稱之為低溶解氧污泥膨脹。低溶解氧導致污泥膨脹的原因是由于在低溶解氧條件下絲狀菌的過度繁殖引起的，這可以從微生物生長動力學上進行解釋。Chudoba、Chieas等人認為[15-16]，絲狀菌具有低的最大比生長速率μmax和飽和常數(shù)Ks，在碳源基質濃度很低時具有高的生長速率，而菌膠團細菌具有較高的μmax和Ks值，當碳源濃度較高時具有高的生長速率，這個理論很好地解釋了低污泥負荷容易導致污泥膨脹的原因。然而，絲狀菌和菌膠團細菌對溶解性碳源基質的競爭規(guī)律也適用于溶解氧，即在低溶解氧條件下，絲狀菌在對溶解氧的競爭中獲得優(yōu)勢而優(yōu)先增長，從而最終導致污泥中絲狀菌過度繁殖而發(fā)生絲狀菌污泥膨脹。在本試驗中，當DO濃度降低到0.4 mg/L時，活性污泥中絲狀菌的生長速率高于菌膠團而占優(yōu)，最終導致污泥中絲狀菌過度繁殖而產生污泥膨脹。

2.3 不同SVI值下出水中COD及SS的變化

圖4是在DO為2.0mg/L的條件下，反應器內污泥膨脹程度不同時出水COD及SS變化情況?？梢钥闯觯旊S著SVI值的增大，出水COD及SS值下降，這表明絲狀菌在活性污泥的構成中起到相當重要的作用。當活性污泥中絲狀菌很少時，污泥絮體較小且松散，界層沉速較快，SVI值低，上清液卻渾濁。當絲狀菌在污泥中含量較高時，形成的污泥絮體較大且密實，上清液清澈，SS值較低。另外，由于菌膠團與絲狀菌具有不同的μmax和Ks值，使絲狀菌與菌膠團共生系統(tǒng)具有高的凈化能力。本試驗中，當SVI值達到160mL/g時，出水中COD及SS值分別從117mL/g和16mL/g降低至102mL/g和10mL/g。但是，如果絲狀菌過多，會影響污泥的沉降及壓實，使污泥具有較高的SVI值。因此，在實際運行中如何對曝氣池進行環(huán)境調控，維持絲狀菌在活性污泥中合適的比例尤為重要。

圖4 不同SVI值下出水中COD與SS的變化情況

2.4 膨脹污泥沉降性能的恢復

當?shù)腿芙庋跷勰嗯蛎洶l(fā)生后，試驗中大幅度提高反應器混合液中的DO值，并穩(wěn)定運行相當長時間，污泥沉降性能逐漸得以恢復。圖5為DO＝3mg/L的條件下，膨脹污泥SVI值從340mL/g逐漸降低到85mL/g左右時的試驗結果?？梢钥闯?，在較高的DO濃度下，兩種廢水的SVI值逐漸降低至150mL/g以下。這表明：在低溶解氧下污泥膨脹發(fā)生后，通過提高DO濃度，可以控制污泥膨脹，使污泥沉降性能逐漸恢復到正常水平。

圖5 較高DO下污泥沉降性能恢復過程中SVI的變化

3 結論

（1）在啤酒廢水底物降解過程中，高DO濃度（4～6.5mg/L）不會導致絲狀菌污泥膨脹，但曝氣量過高會導致上清液濃度升高。

（2）低溶解氧濃度能導致絲狀菌污泥膨脹。在本試驗條件下，溶解氧濃度降低到0.4mg/L時，SVI升高到210mL/g，導致污泥膨脹發(fā)生。進一步降低溶解氧后，膨脹程度加劇。

（3）活性污泥中含有相當量的絲狀菌，能使出水中SS和COD濃度降低。

（4）低DO濃度下污泥膨脹發(fā)生后，在較高的DO濃度條件下運行一定的周期數(shù)后，污泥膨脹能得到有效控制，使污泥沉降性能恢復到正常水平。

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Impact of DO Concentration on Filamentous Sludge Bulking in Treatment of Brewery Wastewater by SBR Process

ZHAO Yi-kun1, ZhOU Li2, LI Ling-yun3
(1.Beijing University of Science & Technology, Beijing 100083; 2.Qingdao University of Science and Engineering, Qingdao Shandong 266033;
3.Beijing Polytechnical University, Beijing 100022, China)

The concentration of dissolved oxygen(DO) is one of the most important factors which influence filamentous sludge bulking in wastewater treatment plant. The effect of DO concentration on filamentous sludge bulking in SBR was studied by using typical brewery wastewater as influent. The results showed that high DO concentration was not a factor causing filamentous sludge bulking. When the reactors operated with high DO concentration (4～6.5mg/L), the sludge settleability was well. But the low DO concentration could cause filamentous sludge bulking. When the DO concentration reduced to 0.4mg/L, the SVI reached to 210mL/g, the sludge bulking happened. After the sludge bulking occurred under low DO concentration, and the reactors operated for several cycles under high DO concentration, the sludge bulking could be effectively controlled and settleable sludge could be recovered to the normal level.

filamentous sludge bulking; SBR process; brewery wastewater; DO; SVI

X703

A

1006-5377（2010）09-0052-04

國家自然科學基金（50778005）。