周利 彭永臻 高春娣 丁峰
(哈爾濱建筑大學市政環境工程學院)

　　摘　要 在嚴格控制SBR工藝試驗運行條件下，就污泥負荷對絲狀菌污泥膨脹的影響規律進行了研究。結果表明，高污泥負荷不僅不是導致污泥膨脹的因素，而且對污泥膨脹有抑制作用；在污泥負荷降低到一定程度(“臨界負荷”)后，SVI迅速升高，加速污泥膨脹的發生。還發現，進水底物濃度與“臨界負荷”及低于“臨界負荷”后污泥膨脹的最大程度SVI_max之間呈負相關關系，且都可用微生物的選擇性理論來解釋。
　　 關鍵詞 污水處理 SBR 絲狀菌膨脹 污泥負荷 SVI

　　 污泥膨脹可分為由絲狀菌和非絲狀菌引起兩大類，但由前者引起的膨脹占95%以上。影響污泥膨脹的因素有很多^［1］，其中污泥負荷被認為是最重要的因素之一。污泥負荷與污泥膨脹之間的關系非常復雜，原因是還有其他因素起協同作用，因此，研究者在不同的研究條件下不免得出不盡相同甚至相互矛盾的研究結果。例如，Pipes調查了32個活性污泥處理廠，發現污泥負荷在0.25～0.45kgCOD/(kgMLSS·d)范圍內污泥沉降性能好，超出這個范圍會導致SVI值升高。Chao和Keinath在研究中發現^［2］，負荷在0.6～1.3kgCOD/(kgMLSS·d)和大于1.8kgCOD/(kgMLSS·d)時易發生污泥膨脹。德國一研究組經過多年的調查研究指出^［3］，當完全混合式曝氣池中比較頻繁地出現污泥膨脹時，其負荷小于0.05kgBOD/(kgMLSS·d)；而推流式曝氣池中污泥負荷超過0.5kgBOD/(kgMLSS·d)時才出現污泥膨脹。
　　 針對目前關于污泥膨脹的研究中肯定污泥負荷是重要的影響因素但其結果又比較混亂的狀況，利用SBR能夠嚴格控制試驗條件的特點，進行了污泥負荷對污泥膨脹影響的試驗研究。因為在活性污泥法污水處理廠中，污泥負荷最容易隨進水水質水量變化而波動，成為影響污泥膨脹的首要因素。

1 試驗裝置與方法

　　 試驗中以化工和啤酒兩種工業廢水作為研究對象。化工廢水中主要含有乙酸、苯酐、偏苯酸三酸、油脂等有機物，啤酒廢水主要含有各種糖類、色素、蛋白質、多種氨基酸等有機物，二者都是常見的易于發生污泥膨脹的工業廢水。
　　 試驗裝置及控制系統如圖1所示。SBR反應器為圓柱型，有效容積38 L，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恒溫20 ℃，在線檢測DO和ORP。進水方式為一次性加注。
　　 試驗中嚴格控制如進水底物濃度、起始污泥濃度、曝氣量及反應時間等試驗條件。為了專門研究污泥負荷對污泥膨脹的影響，對其他能夠影響污泥膨脹的因素也進行嚴格的控制，使其不能成為污泥膨脹的有利因素。為此，在試驗中：
　　 ① 溶解氧濃度≥3.0 mg/L；
　　 ② 反應器進水中的N、P含量通過投加氯化銨和磷酸二氫鉀來調節，根據水中有機物濃度控制在BOD₅∶N∶P=100∶5∶1；
　　 ③ pH值控制在6.5～8.5；
　　 ④ 反應器內污泥濃度控制在2 000 mg/L左右。

　　 根據SBR的特點，反應器內的污泥負荷可以用進水底物濃度和反應時間來控制，污泥負荷可用以下公式計算：

　　N_s=[S₀V₁/X(V₁+V₂)]·(T/24)
　　式中 　N_s--反應器內污泥負荷，kgCOD/(kgMLSS·d)
　　　　　S₀--進水底物濃度(COD_Cr)，mg/L
　　　　　V₁--反應器一次進水量，L
　　　　　V₂--進水前反應器內原有污泥體積，L
　　　　　T--一個周期中曝氣時間，h
　　　　　X--反應期間平均污泥濃度，以MLSS計，mg/L

2 試驗結果與分析

2.1 高負荷對污泥膨脹的影響
　　 試驗結果表明，在保證溶解氧不缺乏的前提下，高負荷不會引起污泥膨脹，相反，在一定的高負荷下對沉降性能較差的污泥具有改善作用。圖2和圖3分別是化工廢水和啤酒廢水在進水COD為1000 mg/L、污泥負荷為6.7kgCOD/(kgMLSS·d)左右時SVI的變化情況。
2.2 降低負荷對污泥膨脹的影響
2.2.1 SVI隨污泥負荷降低的變化規律
　　 為了研究低負荷對污泥沉降性能的影響，試驗中使污泥負荷由高逐漸降低，考察不同負荷下的SVI變化情況。試驗表明，SVI值隨著負荷的降低呈規律性變化；在一定的高負荷范圍內，SVI值比較穩定，而后隨著負荷的降低SVI值緩慢升高；當負荷降低到一定程度(本文稱之為“臨界負荷”)后，SVI迅速升高，污泥發生膨脹。圖4顯示了進水COD為1 000 mg/L時，兩種廢水的SVI值隨污泥負荷降低的變化情況。

　　　　

2.2.2 進水底物濃度與“臨界負荷”的關系
　　 進水COD濃度分別為1 000 、800、500、300、200 mg/L，在每一個濃度下都進行了改變反應時間、降低負荷的試驗。結果表明，進水底物濃度對“臨界負荷”有明顯的影響，其規律是高進水底物濃度條件下的“臨界負荷”小于低進水底物濃度下的“臨界負荷”，即在相同的低負荷條件下，進水底物濃度越高越不易發生污泥膨脹，如圖5所示。這種現象可以從Chudoba的微生物選擇性理論得到合理的解釋^［4］。該理論認為，由于引起污泥膨脹的絲狀菌的最大比增長速率μ_max和飽和常數K_s比膠團菌的小，因此在高底物濃度下，膠團菌具有較高的增殖速率而占優勢；在低底物濃度下絲狀菌具有較高的增殖速率而占優勢，如圖6所示。對SBR工藝來說，反應初始階段反應器內的底物濃度很高，反應器實際上起了選擇器的作用，進水底物濃度越高，其選擇器作用就越大，絲狀菌的生長越受到抑制，因此出現了“臨界負荷”隨進水底物濃度增高而降低的結果。

　　　　

2.2.3 進水底物濃度與SVI_max關系
　　 在試驗中，當污泥負荷低于“臨界負荷”而污泥發生膨脹后，通常SVI迅速持續升高后穩定在某一個值(SVI_max)左右，即隨污泥負荷在一定范圍內進一步降低SVI基本保持不變。試驗結果表明，進水底物濃度與SVI_max之間有著與“臨界負荷”之間同樣的關系，即進水底物濃度越高，發生污泥膨脹時的SVI_max相對越低，如圖7所示。這個試驗結果也可用圖6所示的選擇性理論來解釋。

3 結論

　　 ① 在保證反應器內有足夠溶解氧的條件下，高污泥負荷不僅不會引起污泥膨脹，而且還有抑制絲狀菌繁殖與控制污泥膨脹的作用。
　　 ② 在一定條件下，污泥負荷降低至某一數值后，導致絲狀菌迅速繁殖加速污泥膨脹的發生，本文稱之為“臨界負荷”；還發現“臨界負荷”與反應器進水底物濃度呈負相關關系。
　　 ③ 在一定條件下，低負荷污泥發生膨脹后，污泥膨脹的最大程度SVI_max與在一定范圍內再進一步降低污泥負荷無關，而與反應器進水底物濃度呈負相關關系。

參考文獻

　　1 周利，彭永臻等.絲狀菌污泥膨脹的影響因素與控制.環境科學進展，1999
　　2 Chao A C，Keinath T M.Influence of process loading indensity on sludge clarification and thickening characteristics.Water Research, 1979;13
　　3 德國污水工程協會.污泥膨脹和上浮的防止與控制.王寶貞譯
　　4 Chudoba J，Grau P，Ottva V.Control of activated sludge filamentous bulkingⅡ.Selection of Microorganisms by Means of a Selector.Water Research,1973;7

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　　作者簡介：周利 博士研究生
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　　(收稿日期 1998-12-04)