SBR法处理工业废水中pH值对污泥膨胀的影响10c00e21a5e9856a57126000

1题名SBR法处理工业废水中pH值对污泥膨胀的影响作者丁峰,彭永臻,支霞辉关键词pH值;SVI(污泥指数);SBR;活性污泥膨胀单位青岛建筑工程学院环境工程系,北京工业大学,同济大学青岛266033,山东省青岛市抚顺路11号,电话[phone],北京100022,上海200092摘要主要研究了在SBR法处理啤酒废水和化工废水中pH值对污泥膨胀的影响。试验研究的结果表明,进水的pH值在50～60,啤酒废水长期保持进水pH值为50时,活性污泥的污泥指数SVI100mLg,当pH值50～25时,会引起活性污泥活性抑制和污泥上浮(尤其是化工废水)。进水pH值在90～120时,2种废水的污泥指数略有上升,但SVI110mLg,活性污泥皆表现出活性的抑制和污泥的解体。若进水的pH值在35～70,且控制反应周期内pH值不变,则2种废水的活性污泥上浮加剧,化工废水污泥较啤酒废水的污泥上浮程度更严重。在整个试验过程中,镜检未见过量真菌和其它丝状菌,可见用SBR法处理工业废水时,过低或过高的pH值不一定引起污泥膨胀基金国家自然科学基金资助项目(编号59778024)刊名环境工程ISSN1000-8942年2004期01第一责任人丁峰2SBR法处理工业废水中pH值对污泥膨胀的影响丁峰彭永臻支霞辉(青岛建筑工程学院,青岛266033)(北京工业大学,北京100022)(同济大学,上海200092)1引言活性污泥膨胀(ActivatedSludgebulking)严重破坏污水处理系统的正常运行,是活性污泥法自本世纪初问世以来在运行管理与控制中,一直困扰人们的最大难题之一[1~5]。据研究,pH值是引起污泥膨胀的原因之一,但国内外的研究报道[6~8],结论不一。本研究正是针对这一现状采用易发生污泥膨胀的典型工业废水:啤酒废水和石油化工废水(以下简称为化工废水)作为试验对象,用SBR法对各种不同的进水pH值及反应pH值变化过程对活性污泥膨胀及其性能的影响作了较系统深入的研究。2材料和方法试验采用SBR(SequencingBatchReactor,间歇式反应器装置实验运行与控制方法见图1。整个装置为2台尺寸相同的SBR,每台的总有效容积为38L,采用空气压缩机供氧,SBR体外缠有用于保温的电阻丝,由温控仪控制温度,保持反应过程温度20℃左右。试验用的啤酒废水用人工配制,石化废水取自主要生产苯酐、有机酸等化工原料的化工厂。为了维持生物化学中微生物的正常生长,在这2种废水中均按BOD5∶N∶P=100∶5∶1的比例投加用氯化铵和磷酸二氢钾配制的营养液,用氢氧化钠和稀硫酸调节试验用水的pH值。3试验结果与分析图1SBR试验系统与控制1—氧化还原电位计;2—温度控制仪;3—污泥池;4—搅拌器;5—ORP传感器;6—温度传感器;7—溶解氧传感器;8—排水口;9—溶解氧仪;10—转子流量计;11—压缩空气;12—曝气器;13—排泥管。3·1进水pH值不同时其反应过程pH值的变化情况取进水CODCr=800mg/L,反应时间为1·5h,检测2种废水进水pH值分别为5·0,6·0,11·0。当pH值≤5·0时,啤酒废水在降解过程中pH值降低,原因主要是多种微生物活性受限,产生酸类中间代谢产物。进水pH值6·0时开始上升。对于化工废水而言,进水的pH值低的主要原因是废水中的各种有机酸所致,所以,随处理过程有机酸的逐步降解,pH值会逐渐升高,2种废水在进水pH值为11·0时,过程pH值略有降低的原因主要是碱性条件下产生NH3逸出,消耗部分碱度所致。3·2进水pH值对活性污泥沉降性能及污泥膨胀的影响开始2种废水的进水CODCr约为800mg/L,每个周期反应时间为1·5h,空气流量为0·7m3/h,每个周期的反应完毕后排出一部分污泥,使MLSS都保持在2000mg/L左右,CODCr有机负荷约6·9kg/kg·d,2种废3水进水pH值从7·0以较快的速率降至2·0,由7·0驯化后升高至12·0。试验过程2种废水不同pH值设置的反应周期见表1。根据表1设计的试验方案,并同步检测每个周期的活性污泥SV%、MLSS、SVI、出水CODCr等项目。2种废水试验过程SVI与出水CODCr变化的结果见图2。图2实验过程SVI与出水CODCr变化曲线从图2可见,在开始反应的10个周期内进水pH值为7·0、6·5,适于绝大多数活性污泥的微生物生长,2种废水的SVI皆保持在70~90mL/g,出水CODCr皆在100mg/L以下。当进水pH值为5·5~6·0(11~22周期)以后,啤酒废水出水的CODCr几乎呈阶梯状急剧上升,而SVI值仅略有下降;化工废水的出水CODCr、SVI变化很小。进水pH值由5·0逐渐降至2·5的过程中,2种废水的出水CODCr都上升,并且啤酒废水上升更快,在第60周期达到了473mg/L,化工废水也达到了167mg/L,而且过程中两者的SVI值先是逐渐下降,至第48周期以后又略有上升,但SVI值都100mL/g。提高进水的pH值至8·0~10·0时,啤酒废水的SVI继续上升(达到约108mL/g),而化工废水的SVI开始下降(降至约35mL/g左右)。当pH值为11·0~12·0时,啤酒废水的SVI开始下降至60mL/g,出水CODCr也很低,而化工废水SVI值变化不大,但出水CODCr急剧上升,达到283mg/L。这些结果需综合考虑活性污泥动力学、SBR法特点和试验现象来分析。pH值在6·0~7·0范围内,绝大多数微生物能正常代谢,SVI值正常,出水CODCr和MLSS很低,整个反应过程的DO都在2·0mg/L以上,且65min左右DO开始突然上升,表明生化反应已近结束。(见图3)。图3不同进水pH值的反应周期内DO过程线pH值为6·0~5·0后,啤酒废水开始出现白色泡沫,但不带泥,出水有悬浮絮体,石化废水的污泥增长率降低,污泥变灰白,出现白色泡沫,出水浑浊,可见,低pH值对有些微生物的抑制作用表现出来,CODCr去除率开始下降。从图3可见,反应过程中的DO较前偏高,90min后啤酒废水的DO无突然上升趋势,表明反应尚没有结束。化工废水的DO至75min后才上升。在pH值≤5·0以后,啤酒废水出现大量粘乳状大气泡泡沫,伴有上浮泥带出、流失,总污泥量几乎不增加,出水呈雾状;SS和CODCr急剧增加;石化废水的泡沫增多,污泥褪色变白,呈颗粒状,出水浑浊。这时pH值对大多数微生物的抑制更加明显,有些微生物甚至失活,死亡,成为上浮泥的一部分。pH值越低,啤酒废水混合液长期处于比进水pH值还低的环境中,使大多数的非嗜酸性微生物代谢活动受限,甚至停止,白块状活性污泥增多,pH值越低,啤酒废水出水CODCr越高,在pH=2·5时,CODCr达到473mg/L,去除率≤50%。而化工废水中活性污泥微生物活性虽开始受抑制,但随着有机酸的分解,pH值快速上升,能使多数微生物恢复活性,白块状污泥较少。因此,化工废水的出水CODCr虽略有升高,但仍保持在200mg/L以下,反应过程中出现的泡沫虽然包含的嗜酸性的放线菌较多,但多集中于泡沫中,故低pH值下,2种废水活性污泥的SVI都保持在40~60mL/g的低水平。待2种废水进4水pH值升至8·0~12·0时,啤酒废水的泡沫减少,出水CODCr150mg/L,而SVI值先上升至约107mL/g,而后下降,相同的空气流量条件下两反应过程的DO增高,底物降解所需时间pH值=12·0时液面有上浮泥出现。而化工废水的活性污泥首先变黑,在pH值≥11·0时,液面上开始有浮泥,反应过程不断出现大量透明白色泡沫有氨气逸出,出水的CODCr和SS上升。可见,在碱性条件下,许多微生物可在偏碱性环境中生存,而非嗜碱性微生物,如嗜酸乳杆菌,氧化硫杆菌等活性降低,甚至死亡。在7·0pH值≤9·0时,随着pH值的增加,胞外聚合物的电离官能团增加,絮凝作用增强(负电性增加),胞外物质与颗粒的表面反应是絮凝的主要原因,SVI值不升高,但当pH值9·0以后,絮凝作用开始下降,这时电排斥作用增加,是脱絮(悬)、上浮、不絮凝的原因。3·3长期低pH值运行时引起的污泥膨胀进水低pH值时反应过程中pH值的相对稳定性,选用啤酒废水进行试验。试验中保持进水ODCr=800mg/L,反应时间为1·5h,空气流量为0·7m3/h,进水pH值分别为7·0和5·0,通过每个周期结束时排泥,控制活性污泥的MLSS约为2000mg/L左右。76个周期的运行结果见图4。从图4中可见,进水pH值=7·0时,经过长期运行后出水的CODCr基本在100~150mg/L,SVI为70~100mL/g,镜检发现,絮状菌和丝状菌数量保持平衡。当进水pH值=5·0时运行的结果使SVI更低(70~100mL/g),不同的是出水CODCr较高,在150~350mg/L间波动。活性污泥镜检观察,几乎很少见到丝状菌,反应过程伴有轻微的上浮污泥,且上清液清澈透明。图4啤酒废水长期低pH值条件下SVI与出水CODCr变化曲线3·4控制反应过程pH值不变,pH值对活性污泥性能的影响2种废水进水的CODCr保持800mg/L左右,反应时间为1·5h。空气流量为0·7m3/h,MLSS约2000mg/L。反应过程中用H2SO4(或NaOH)调节混合液的pH值,使之保持与进水pH值基本不变,设置的方案见表2,试验进水pH值由7·0逐渐降至3·5,运行了42周期,检测的结果见图5。图5实验过程SVI与出水CODCr变化曲线(保持过程pH值不变)图5发现,在pH值降低过程中,啤酒废水进水pH5·0后,不控制过程pH值,其混合液pH值略有下降。控制过程pH值与前述相比等于提高了反应过程的pH值,因此SVI值变化不大,当CODCr阶梯型上升较小,上浮污泥也不多。而化工废水在pH值较低时污泥活性受到严重抑制。出水CODCr较啤酒废水比前述中化工废水高得多。pH值降至5·5时就开始出现严重上浮污泥,活性污泥变灰白,至pH值为3·5时,混合液中污泥量显著减少,上浮泥继续增加,最终生物化学反应终止。而在此过程中SVI的变化很小,基本保持为60mL/g左右。机理如前所述,控制反应过程在低的pH值下,化工废水较啤酒废水的活性抑制程度更加明显,污泥上浮加重,而SVI变化很小,都保持在100mL/g以下,未出现丝状菌过量生长引起的膨胀。54结论(1)通过用SBR法处理啤酒废水和化工废水中pH值对污泥膨胀影响的试验研究,结果表明,进水的pH值在5·0~6·0,啤酒废水长期保持进水pH值为5·0时,活性污泥的污泥指数SVI100mL/g。当pH值5·0~2·5后引起活性污泥活性抑制和污泥上浮(尤其是化工废水),若进水pH值在9·0~12·0时,则2种废水的污泥指数略有上升,但SVI110mL/g,并且活性污泥皆表现出活性的抑制和污泥的解体。(2)在进水的pH值在3·5~7·0,且控制反应周期内pH值不变时,2种废水的活性污泥上浮加剧,化工废水污泥较啤酒废水的上浮程度更严重。(3)在整个试验过程中,镜检未见过量真菌和其它丝状菌,可见用SBR法处理工业废水时,过低或过高的pH值不一定引起污泥膨胀。参考文献1JiriWanner.TheImplementationofBulkingControlintheDesignofActivatedSludgeSystems.Wat.Sci.Tech.1994.29(7):193~202.2ImreT.,Ernofleit.ModelingoftheMicromorphologyoftheActivatedSludgeFloc:LowDO,LowF/MBulking.Wat.Sci.Tech.1995.31(2):235~243.3ValterTandoi,SimonaRossetti.Etal.SomePhysiologicalPropertiesofanItalianIsolateofMICROTHEIXPARVICELLAWat.Sci.Tech.1998.37(4—5)