低pH值对活性污泥膨胀及废水处理效果的影响张安龙

环保与综合利用41PaperandPaperMakingVol.32No.10Oct2013影响污泥膨胀的因素很多，主要有废水水质、营养成分、pH值、水温、溶解氧等，其中pH值过高或过低是造成污泥膨胀的主要原因之一[1]，pH值不仅直接影响着处理过程中活性污泥微生物的种类、数量及其生命活动、代谢方式和代谢产物的类型、表面特性，是决定污泥生态系的主要因素之一，而且与活性污泥的沉降特性和沉降过程密切相关[2]。而国内外目前对处理造纸废水过程中的CODCr、pH值的变化规律及其相关关系，以及不同进水pH值对活性污泥性能的影响（如低pH值产生污泥膨胀还是污泥活性抑制、或上浮）等问题研究的尚少。本文着重研究了低pH值废水引发的活性污泥丝状菌的膨胀及对处理效果的影响，并通过合适的方法对其进行控制，对比得出最佳控制方法，最终能服务于造纸废水的生产实践中去。1 材料与方法1.1 实验废水实验所用的废水取自陕西某造纸厂的混合废水，该厂主要以麦草化学浆和废纸浆生产生活用纸及瓦楞纸，年生产能力10万t左右。废水的主要指标如表1所示。表1 水样指标项目pH值CODCr/(mg·L-1)电导率/(ms·cm-1)Zeta电位/mV指标6.5113172.13-19.21.2 实验仪器和试剂实验仪器：氧化沟（30L），恒流泵（BT100-02），pH计（PHS-3C型），COD快速测定仪（5B-6C），溶氧计（JPBJ-608型），电导率（DDS-307A），Zeta电位仪（SZP-06），多媒体电子显微镜。试剂：浓硫酸，重铬酸钾，硫酸银，氢氧化钠，浓盐酸，硫酸亚铁铵，硫酸汞，1,10-菲洛啉，过氧化氢，碳酸钠，尿素，磷酸二氢钾，均为分析纯。1.3 实验方法取该厂曝气池回流活性污泥于氧化沟中，使氧化沟中污泥浓度在3000~5000mg·L-1，调节恒流泵的流量，使每小时进水量2L，二沉池回流量75%，连续运行。低pH值对活性污泥膨胀及废水处理效果的影响●张安龙，张 雪，王 森，许 立（陕西科技大学轻工与能源学院，陕西科技大学陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，西安 710021）摘要：研究了低pH值废水引发的活性污泥丝状菌的膨胀及对处理效果的影响，通过调节废水pH值和投加过氧化氢对污泥膨胀进行控制。结果表明，混合液pH值小于4.5时，易引发丝状菌污泥膨胀。首先将pH值调节并控制到6.5~8.5之间运行到第18天时，SVI从374.09mL·g-1降至128.72mL·g-1，CODCr去除率从32.88%上升至85.71%，丝状菌污泥膨胀得到基本控制；另外，调节pH值的同时，投加H2O2为0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，运行到第10天时，SVI从374.09mL·g-1降至132.12mL·g-1，CODCr去除率从32.88%上升至88.75%，丝状菌污泥膨胀得到基本控制；投加H2O2为0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，运行至10天时，SVI从374.09mL·g-1降至146.78mL·g-1，CODCr去除率从32.88%上升至79.7%，丝状菌污泥膨胀得到基本控制。关键词：造纸废水；pH值；丝状菌；污泥膨胀；过氧化氢中图分类号：X793文献标识码：A文章编号：1001-6309(2013)10-0041-05基金项目：2012西安市产业技术创新计划项目（CX12594）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2012JQ2020）；2012西安市产业技术创新计划项目（CX12593）；2012年大学生创新创业训练计划项目（201210708008）；陕西省教育厅专项科研计划项目（11JK0976）。作者简介：张安龙先生(1962-)，教授，研究生导师，研究方向：工业废水及废弃物污染控制；联系电话：[phone]，E-mail:[e-mail]。DOI:10.13472/j.ppm.2013.10.063环保与综合利用422013 年 10 月  第 32 卷  第 10 期1.4 分析检测COD的测定：采用重铬酸钾法（GB11914-1989）；溶解氧的测定：采用电化学探头（HJ506-2009）。2 结果与讨论2.1 污泥的培养与驯化原始污泥取自西安市第五污水处理厂与造纸厂回流污泥，将二者的混合液加入氧化沟使污泥浓度MLSS在3000mg·L-1左右，并根据CODCr:N:P=350:5:1的比例加入氮、磷[3]，溶氧控制在2~4mg·L-1[4-7]，随时调节pH值[6]，保证pH值为6.5~8.5，开始培养驯化。在驯化初期污泥沉降比SV在30%左右，经过一个星期的培养驯化，SV下降至22%，污泥沉降性能良好，絮凝体紧密，CODCr去除率达到84%左右。此时测得SV为22%，测得的污泥浓度为2382mg·L-1，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛（如图1~图6所示）。2.2 低pH值降低对活性污泥系统的影响反应器的有效容积为30L，在实验过程中通过不断调节pH值，使得pH值在该反应周期内保持设定值，pH值依次从7.0降到4.0的实验结果如表2所示。图7SVI随pH的变化情况图8COD去除率随pH的变化情况由图7，图8看出：（1）pH值在6.0~7.0时，SVI在100~110mg·L-1之间，污泥沉降性较好，CODCr去除率大于90%，废水处理效果较好，镜检发现污泥状态良好，絮凝体的尺寸多为500~1000µm左右，微生物种类丰富，有大量的钟虫、累枝虫、轮虫等（如图1、图2、图3、图5）。（2）pH值在5.0~5.5时，随着pH值的减小，SVI略有增大，CODCr去除率也相应地有所减少，此时镜检发现污泥絮体开始分散，微生物量减少，大量轮虫伸缩缓慢，活性降低，图1钟虫（×100）图2累枝虫（×100）图3轮虫（×100）图4污泥絮体（×100）图5大量的累枝虫（×100）图6丝状菌（×100）表2 实验处理结果时间1234567pH值7.06.56.05.55.04.54.0SVI/(mL·g-1)100.82105.68104.26130.80147.32262.92374.09出水CODCr/(mg·L-1)105.2100.4120.5217.6425.2719.2883.97环保与综合利用43PaperandPaperMakingVol.32No.10Oct2013游泳型纤毛虫明显增多，并有少量丝状菌出现（如图4）。（3）pH值5.0时，SVI明显增大，CODCr去除率降至45.39%，镜检发现一根根丝状球衣细菌大量交错丛生，解体的污泥絮体散落其中，曾经活跃的累枝虫、钟虫等微生物已不见踪迹，污泥絮体也由最初的棉絮状变成细屑状（如图6）。这是由于较低的pH值有利于丝状真菌的生长，使大多数适应较高pH值环境的微生物代谢受到抑制，甚至死亡。此后在pH值为4.0时，SVI迅速增大为262.92mg·L-1，CODCr去除率降至32.88%，这是由于丝状菌的大量繁殖使得污泥结构松散，沉降性能变差，使得泥水难以分离，直接造成出水CODCr明显增大，SVI变大。2.3 污泥膨胀的控制2.3.1 调整pH值实验通过加入适量无水碳酸钠将混合液pH值调节并控制到6.5~8.5之间，依据实验运行参数正常运行，来控制丝状菌污泥膨胀，所得实验结果如表3所示。由图9，图10看出，保持pH值在6.5~8.5之间运行18天后，SVI从374.09mL·g-1降到128.20mL·g-1，CODCr去除率从32.88%升到85.71%，镜检发现丝状菌搭桥现象明显减少，污泥膨胀得到初步控制（如图11）。继续运行，SVI基本稳定在130mL·g-1左右，CODCr去除率也已经高达85%，镜检发现丝状菌已基本消失，活性污泥性能良好（如图12）。图11污泥絮体（×100）2.3.2 投加H2O2投加H2O2可以直接抑制丝状菌，但是关于H2O2投加量的研究结果却不尽一致，小试实验系统中H2O2投加量为0.015kgH2O2·(kgMLSS·d)-1、0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1、0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1、0.045kgH2O2·(kgMLSS·d)-1，经过实验对比，相同情况下，投加量为0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1和0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1条件下，两者处理效果非常接近。所以在氧化沟系统中，选择0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1和0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1作为最适投加量进行比较，同时改变运行参数，调节pH为6.5~8.5之间，尽可能使污泥丝状膨胀得到最快的改善，同时回流比由原来的75%到100%，污泥龄由原来的15天变成7.5天来研究对污泥膨胀的控制效果。H2O2的投加量为0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，结果如表4所示。图13SVI随时间的变化如图13、图14所示，当投加H2O2的量为0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，运行8天后SVI由374.09mL·g-1降到150.33mL·g-1，表3 调整pH值的实验结果时间/d34681012141618SVI/(mL·g-1)374.09380.61335.12296.23230.26198.13165.22130.09128.72出水CODCr/(mg·L-1)883.97871.99790.07692.48671.27631.5454.37316.08188.20表4 H2O2投加量为0.035 kg H2O2·(kgMLSS ·d)-1的实验结果时间/d3567810SVI/(mL·g-1)374.09329.16255.76206.08150.33132.12出水CODCr/(mg·L-1)883.97807.98701.57464.9298.3148.16图9SVI随时间的变化图10CODCr去除率随时间的变化图12大量累枝虫（×100）环保与综合利用442013 年 10 月  第 32 卷  第 10 期CODCr去除率由32.88%升高到77.35%，镜检发现丝状菌明显减少，污泥膨胀得到初步控制(如图15)，继续投加0.035kgH2O2·(kgMLSS·d)-1的H2O2运行至10天，SVI降至132.12mL·g-1左右，CODCr去除率也已经高达88.75%，镜检发现此时菌胶团状态良好，结构紧密，丝状菌生长在菌胶团内部，只有极少量的丝状菌游离在菌胶团外部(如图16)，活性污泥状态良好。这是由于投加H2O2可以适当抑制丝状菌，并且减小污泥龄，增大回流比，共同作用从而控制污泥膨胀。H2O2的投加量为0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，结果如表5所示。如图17、图18所示，当投加0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1时，运行8天后SVI由374.09mL·g-1降到169.74mL·g-1，CODCr去除率由32.88%升高到75.33%，镜检发现丝状菌明显减少，污泥膨胀得到初步控制(如图19)，继续投加0.025kgH2O2·(kgMLSS·d)-1的H2O2运行至10天，SVI降至146.78mL·g-1左右，CODCr去除率也已经高达79.7%，镜检发现此时菌胶团状态良好，结构紧密，丝状菌生长在菌胶团内部，只有极少量的丝状菌游离在菌胶团外部(如图20)，活性污泥状态良好。这是由于投加H2O2可以适当抑制丝状菌生长，并且减小污泥龄，增大回流比，共同作用从而控制污泥膨胀。3  结论（1）混合液pH值低于6.0时，有利于活性污泥中丝状真菌的生长繁殖，pH值低于4.5时丝状真菌将完全占优势，活性污泥絮体遭受破坏，出水水质恶化，引发丝状菌污泥膨胀。（2）对于由pH值过低引起的丝状菌污泥膨胀，将pH值调节并控制到6.5~8.5之间运行第18天时，SVI从374.09mL·g-1降至128.72mL·g-1，CODCr去除率从32.88%上升至8