A2OBAF反硝化除磷工艺丝状菌膨胀的发生及控制吕冬梅

中国环境科学2015,35(10)：3026~3031ChinaEnvironmentalScienceA2O-BAF反硝化除磷工艺丝状菌膨胀的发生及控制吕冬梅,彭永臻*,赵伟华,王淑莹(北京工业大学北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124)摘要：为了有效控制A2O-BAF反硝化除磷工艺处理实际生活污水时产生的丝状菌污泥膨胀,研究了有机负荷和冬季突然降温对丝状菌污泥膨胀的影响.结果表明:当有机负荷低于0.30kgCOD/(kgMLSS·d)时,系统中存在轻度的丝状菌污泥膨胀现象;当有机负荷高于0.55kgCOD/(kgMLSS·d)时,容易引发严重的丝状菌污泥膨胀,调节有机负荷可使丝状菌污泥膨胀得到有效控制.冬季突然降温也会导致污泥膨胀的发生,恢复温度后,污泥沉降性能恢复正常,丝状菌污泥膨胀亦得到有效控制.关键词：A2O-BAF工艺；反硝化除磷；有机负荷；丝状菌膨胀；降温中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-6923(2015)10-3026-06OccurrenceandcontroloffilamentousbulkinginA2O-BAFdenitrifyingphosphorusremovalprocess.LÜDong-mei,PENGYong-zhen*,ZHAOWei-hua,WANGShu-ying(EngineeringResearchCenterofBeijing,KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2015,35(10)：3026~3031Abstract：InordertoeffectivelycontrolthesludgefilamentousbulkinginA2O-BAFdenitrifyingphosphorusremovalprocesswhentreatingdomesticwastewater,theeffectsofsludgeloadandtemperatureonsludgefilamentousbulkingwereinvestigated.Theresultshadshownthattheproblemofslightsludgefilamentousbulkingexistedwhenthesludgeloadwaslessthan0.30kgCOD/(kgMLSS·d).Serioussludgefilamentousbulkinggoteasilyhappenedwhenthesludgeloadwashigherthan0.55kgCOD/(kgMLSS·d),andsludgefilamentousbulkingwascontrolledeffectivelybychangingsludgeload.Thesludgefilamentousbulkingalsooccurredwhenthetemperaturewasdecreasedinwinter,butthesettlingabilityofactivatedsludgegotrecoveredafterincreasingthetemperaturetooriginallevel,andthesludgefilamentousbulkingwasalsocontrolledeffectively.Keywords：A2O-BAFprocess；denitrifyingphosphorusremoval；sludgeload；filamentousbulking；temperatureA2O-BAF反硝化除磷工艺,结合活性污泥法和生物膜法于一体,A2O段采用活性污泥法,完成反硝化除磷作用,BAF段采用生物膜法,完成硝化作用,具有抗冲击负荷、节省能耗、脱氮除磷效率高等优点[1-4].从理论上讲,A2O-BAF反硝化除磷工艺不易发生污泥膨胀问题,而且由于除磷作用,污泥沉降性能较好[5-6].然而,笔者在实验室以A2O-BAF反硝化除磷工艺处理实际生活污水时,A2O活性污泥法段发生了丝状菌污泥膨胀现象.由于BAF是顺序连接在二沉池之后,活性污泥的无法正常沉淀,致使部分活性污泥流入BAF中,破坏生物膜,影响BAF的硝化作用,从而无法为反硝化除磷提供电子受体硝态氮,导致除磷作用的恶化,最终会使整个系统处理效能崩溃[7-8].由此可见,活性污泥对于整个A2O-BAF系统起着至关重要的作用,活性污泥能否在A2O中发挥正常作用,直接关系到BAF能否为A2O提供足够的电子受体,因此,控制A2O中活性污泥发生的丝状菌污泥膨胀现象,恢复活性污泥的沉降性能,是改善BAF硝化性能及整个系统脱氮除磷效率的关键.已有研究表明,有机负荷是影响污泥膨胀非常关键的因素之一,且影响因素非常复杂,与其他因素可能存在协同作用[9-13].冬季温度降低也是可能诱发污泥膨胀的另一关键因素,低温会影响收稿日期：2015-03-27基金项目：国家“863”项目(2012AA063406);北京市教委资助项目*责任作者,教授,[e-mail]10期吕冬梅等：A2O-BAF反硝化除磷工艺丝状菌膨胀的发生及控制3027微生物活性,导致微生物的代谢能力减弱[14].然而,对于有机负荷及温度对反硝化除磷系统污泥沉降性能影响及影响机制的研究则少有报道,因此,本文从有机负荷和温度两大关键因素着手,主要研究了A2O-BAF反硝化除磷工艺活性污泥法段有机负荷和冬季降温对丝状菌污泥膨胀的影响,并提出了对应的控制措施.1试验材料和方法1.1试验装置原水水箱AAO二沉池鼓风机BAF硝化液回流污泥回流剩余污泥中间水箱图1A2O-BAF工艺流程示意Fig.1SchematicdiagramofA2O-BAFprocessA2O-BAF反硝化除磷工艺,工艺流程见图1.A2O反应器由有机玻璃制成,共分为9个格室,V厌:V缺:V好=2:6:1,每个格室的有效容积为3.3L,主要完成反硝化除磷反应.BAF反应器材质亦为有机玻璃,直径0.1m,高1.8m,内部填充塑料填料,填充比为45%,微生物以生物膜的形式生长于填料上,主要完成硝化反应,BAF出水一部分回流至A2O缺氧区首端,另一部分直接排放.1.2试验用水及水质试验用水取自北京某高校教工住宅小区化粪池生活污水,该污水中ρ(COD)/ρ(NH4+-N)的比值约为3.0~4.5,属于低C/N比生活污水,pH值在7.2~7.4之间,试验期间,具体水质指标见表1.表1实际生活污水水质Table1Characteristicsofactualdomesticwastewater项目COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)PO43--P(mg/L)C/NC/P范围258~32651.6~70.54.5~6.34.553.8均值28062.55.21.3试验方法试验通过控制投加乙酸钠的量改变有机负荷,本试验选择3种不同的有机负荷,分别为0.30,0.45,0.55kgCOD/(kgMLSS⋅d).根据A2O的工艺特点,反应器内的有机负荷NCOD按式(1)计算:0COD1121222QSNXVXVXV=++(1)式中:NCOD为A2O反应器内的有机负荷,kgCOD/(kgMLSS⋅d),以CODCr计;Q为A2O反应器进水流量,m3/d;S0为A2O反应器进水的COD值,mg/L;X1为A2O反应器厌氧格内的平均活性污泥浓度,mg/L;V1为厌氧格的容积,m3;X2为A2O反应器缺氧格内的平均活性污泥浓度,mg/L;V2为缺氧格的容积,m3;X3为A2O反应器好氧格内的平均活性污泥浓度,mg/L;V3为好氧格的容积,m3.试验期间,将有机负荷作为唯一变量,其他外界因素(如温度、pH值等)保持一致,将A2O反应器内污泥浓度(MLSS)控制在2000mg/L左右,厌氧、缺氧格DO控制在0.5mg/L以下,好氧格DO3028中国环境科学35卷控制在3~4mg/L,整个A2O-BAF系统温度控制在(26±1)℃,在每个有机负荷条件下反应器都运行20d,污泥的沉降性能用SVI表示,每天测定污泥的沉降性能SVI,通过显微镜对污泥絮体进行观察,最后对不同有机负荷条件下的试验结果进行分析与讨论.1.4试验分析项目与检测方法COD采用5B-3型COD快速测定仪测定;NH4+-N,NO3--N,PO43--P均由Lachat流动注射分析仪测定(Quik-Chem8500,LachatInstrumentMilwaukee,USA);MLSS采用滤纸称重法测定(国家环保局,1997);SV是由活性污泥在100mL的量筒内静沉30min测得;SVI为SV和MLSS的比值;pH、DO值采用WTWinolablevel2在线监测;污泥絮体内微生物采用OLYMPUSBX61显微镜进行观察(×40).2结果与讨论2.1不同有机负荷引起的丝状菌污泥膨胀不同有机负荷运行条件下的SVI值在系统分别运行一段时间后出现明显变化,试验结果如图2所示.当有机负荷在0.45kgCOD/(kgMLSS·d)条件下运行时,SVI值稳定维持在100mL/g左右,污泥的沉降性能良好,没有发生膨胀现象.显微镜观察污泥絮体内的微生物,如图3b所示,可以发现,基本没有丝状菌存在.当有机负荷降低到0.30kgCOD/(kgMLSS·d)条件下运行时,反应初期,污泥的沉降性能基本不变,SVI始终保持在150mL/g下,当系统运行到第7d时,SVI值开始呈现上升趋势,增加到200mL/g左右,显微镜观察污泥絮体内的微生物,出现了少量的丝状菌,如图3a所示,这说明系统在低有机负荷条件下运行时,污泥的沉降性能受到了一定的影响,引发了轻度的丝状菌污泥膨胀.当有机负荷升高到0.55kgCOD/(kgMLSS·d)条件下运行时,污泥的沉降性能发生了较大的变化,从第5d开始,SVI值急剧增加,到第14d时,SVI值达到350mL/g,污泥大量流失,回流污泥浓度过低(2000mg/L),活性污泥在二沉池中不能正常沉淀下来,显微镜观察污泥絮体内的微生物,出现了大量的丝状菌,如图3c所示,这说明系统在高有机负荷条件下运行时,污泥的沉降性能受到了很大的影响,引发了恶性的丝状菌污泥膨胀.分析产生上述现象的原因如下:在A2O系统中,聚磷菌在厌氧段摄取有机物完成磷酸盐的释放过程,在缺氧、好氧段氧化体内储存的PHA过量吸收水中的磷酸盐同时合成自身细胞物质增殖.当系统中有机负荷较低时,微生物的食物减少,导致部分微生物进入衰亡期,数量开始减少,原因是所需营养物质不足以维持自身生存,然而,丝状菌在低基质条件下,由于其菌丝可以伸展,获取较大表面积,更易吸收营养物质,使生长速率高于菌胶团.又因进水有机负荷较低,厌氧段聚磷菌利用大部分有机物,到好氧段可利用的有机物很少,所以丝状菌不会大量生长,活性污泥发生轻度丝状菌膨胀现象,SVI值在200mL/g左右.当系统中有机负荷较高时,虽然聚磷菌在厌氧区利用大部分有机物,然而经过缺氧区反硝化除磷脱氮后,依然会有部分剩余的有机物流入好氧区,由于丝状菌对于DO的亲和力和竞争力都高于聚磷菌等菌胶团微生物,较其他微生物具有生长优势,竞争能力强,其增殖速率远比菌胶团要高,于是迅速获取好氧区的有机物,快速生长,活性污泥发生严重的丝状菌膨胀现象,SVI值达到400mL/g左右,污泥沉降性能严重恶化.时间(d)450400350300250200150100500246810121416182022NCOD=0.55kg/(kg⋅d)NCOD=0.45kg/(kg⋅d)NCOD=0.30kg/(kg⋅d)SVI(mL/g)图2不同有机负荷