四川瀘天化環(huán)??萍脊煞萦邢薰?史蓓,張建春
西南地區(qū)某企業(yè)采用MBR膜生物反應(yīng)器為核心的處理系統(tǒng),處理工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有高分子、環(huán)狀、醇類、酚類等污染物的工業(yè)廢水。設(shè)計處理能力120m3/h。該處理系統(tǒng)具有出水水質(zhì)好,耐沖擊、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。自2011年投入運(yùn)行至今,處理效果穩(wěn)定,不僅有效解決該企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的工業(yè)廢水,還在確保處理效果的前提下,外接部分油氣田開采廢水處理,極大提高了裝置的使用效率,也為企業(yè)創(chuàng)造了直接經(jīng)濟(jì)效益。但是在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)每一年的春秋季節(jié),氣溫大幅變化的過程中,極易發(fā)生系統(tǒng)污泥膨脹發(fā)泡現(xiàn)象,產(chǎn)生大量生物泡沫,嚴(yán)重時會從池中膨脹溢出,如遇風(fēng)力較大的天氣,還會被風(fēng)四處吹灑,(如圖1、圖2、圖3)嚴(yán)重影響裝置及周邊衛(wèi)生情況。同時也對系統(tǒng)處理負(fù)荷造成一定影響。針對此現(xiàn)象分析如圖1、圖2、圖3:
圖1 存在絲狀菌大量出現(xiàn)的情況嚴(yán)重泡沫情況
圖2 泡沫情況胞外代謝物
圖3 MBR膜池MBR膜組件
相關(guān)文獻(xiàn)表明,在膜生物反應(yīng)器內(nèi),由于絲狀菌大量繁殖引發(fā)的污泥膨脹會加速膜污染,使得反應(yīng)器中產(chǎn)生大量生物泡沫,同時對膜組件造成損害。主要表現(xiàn)過程是由于絲狀菌大量繁殖,截留污水中的纖維狀菌體等物質(zhì),在膜表面形成無孔不透水的濾餅層,加快膜通量降低速度,甚至封堵膜組件,同時水體中的大量絲狀菌極易形成網(wǎng)格,阻礙污泥顆粒的沉降,引發(fā)污泥膨脹,這種現(xiàn)狀在生化處理系統(tǒng)中大量存在。
我們知道絲狀菌在活性污泥中的不可替代性,由于絲狀菌本身具有較強(qiáng)的氧化分解有機(jī)物能力,自身就具有一定的凈化作用。同時絲狀菌的交叉穿織作用有利于菌膠團(tuán)骨架的形成,其網(wǎng)狀絮體形態(tài)也可過濾吸附水體中的游離細(xì)菌。但是有利的作用是要在絲狀菌與菌膠團(tuán)之間達(dá)成穩(wěn)定合理的平衡狀態(tài)。如果絲狀菌過度繁殖,由于絲狀菌對環(huán)境要求低,其生存能力、繁殖能力和耐受能力均強(qiáng)于菌膠團(tuán),勢必會大量奪取生存條件,導(dǎo)致菌膠團(tuán)因搶奪不到營養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧而破碎瓦解,最后導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
絲狀菌污泥膨脹實質(zhì)上就是絲狀菌和菌膠團(tuán)優(yōu)勢競爭并獲勝出的結(jié)果。一方面絲狀菌大量繁殖占據(jù)有效局面,另一方面絲狀菌分泌出的胞外聚合物(EPS)具有低電位、高粘度、高疏水性,極易彼此粘結(jié)形成大量生物泡沫,尤其是在污泥膨脹情況下,加之鼓風(fēng)系統(tǒng)的作用,更是加劇了生物泡沫的形成。
就污泥膨脹產(chǎn)生原因分析,絲狀菌的過度生長繁殖是主要因素。實際上,絲狀菌具有環(huán)境要求低,繁殖力強(qiáng),低營養(yǎng)情況下生存能力強(qiáng),低溶解氧情況下?lián)寠Z氧的能力更強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。那么在實際系統(tǒng)運(yùn)行中,有哪些具體的操作條件會對其產(chǎn)生較大影響,以具有一定抑制作用。
由于絲狀菌的生存能力強(qiáng)于菌膠團(tuán),所以在低基質(zhì)濃度條件下,具有更高的增長速率,也就是說當(dāng)污泥負(fù)荷低的情況下,更易發(fā)生污泥膨脹,但是當(dāng)污泥負(fù)荷高的時候,也會發(fā)生污泥膨脹呢,究其原因,主要是由于對于條件下的溶解氧(DO)濃度低導(dǎo)致,原因在于絲狀菌的奪氧能力大于菌膠團(tuán)。
實際運(yùn)行中就出現(xiàn)過因現(xiàn)場裝置檢修,導(dǎo)致進(jìn)水負(fù)荷過低,從而引起污泥膨脹事故,及時補(bǔ)充投加碳源恢復(fù)運(yùn)行。
由于絲狀菌據(jù)具有較大的比表面積和較低的氧飽和常數(shù)。所以在供氧不足的情況下更易占據(jù)優(yōu)勢地位,溶解氧偏低會造成絲狀菌大量繁殖導(dǎo)致污泥膨脹。
實際生產(chǎn)中這類現(xiàn)象比較容易出現(xiàn),一般情況是前端裝置故障置換清洗或系統(tǒng)泄露,導(dǎo)致高濃度原料或產(chǎn)品、中間體等組分進(jìn)入污水收納管網(wǎng),到了污水處理裝置這里就表現(xiàn)為進(jìn)水濃度異常升高,污染因子種類或含量大幅變化,由于過高污染物代謝需要消耗更多溶解氧,從而導(dǎo)致系統(tǒng)中溶解氧不足。
一般專業(yè)書中僅提到適宜溫度在15-35℃,但是并未詳細(xì)區(qū)分絲狀菌與菌膠團(tuán),在一些相關(guān)資料中有研究表明溫度對絲狀菌的影響顯著,絲狀菌最適宜溫度約為25℃,低溫有利于它生長,當(dāng)溫度大于35℃后基本停止生長。這也就說明為何會在每年的春秋季節(jié)交替的時候爆發(fā)大量生物泡沫。至于PH,最適宜為7.6-8,較低有利于絲狀菌生長,一般運(yùn)行環(huán)境都能達(dá)到。
廢水中易降解的有機(jī)組分高時,例如低分子量的烴類、糖類等,容易引起污泥膨脹。如果碳源過高,N、P營養(yǎng)物質(zhì)比例不足時,由于絲狀菌對N、P有更強(qiáng)的親和力,也易導(dǎo)致營養(yǎng)缺乏型污泥膨脹。
根據(jù)原因以及影響因素分析,在實際生產(chǎn)中可以從工藝操作方面控制使得在生物反應(yīng)器中絲狀菌與菌膠團(tuán)達(dá)到合理平衡狀態(tài),而不是占據(jù)主導(dǎo)地位導(dǎo)致系統(tǒng)失控。
1.SRT
因絲狀菌的繁殖速率快,當(dāng)污泥泥齡過長時,絲狀菌就會大量繁殖,所以有效控制污泥泥齡,可以及時排除大量絲狀菌。當(dāng)發(fā)現(xiàn)絲狀菌異常增多時,應(yīng)適當(dāng)增大排泥量,及時排走過量絲狀菌。但是MBR的核心就是污泥濃度高,泥齡一般會較高。實際控制中需要進(jìn)一步摸索適宜的泥齡。
2.HRT
當(dāng)水力停留時間過低時,有利于絲狀菌的繁殖,同時造成EPS增加,污泥的粘度也會增加,生物泡沫更易產(chǎn)生。有效延長HRT,使得環(huán)境中沒有被完全氧化的有機(jī)物質(zhì)有足夠長的時間消解。
3.DO
有研究表明,膜生物反應(yīng)器中,低DO和低污泥負(fù)荷共同作用可導(dǎo)致絲狀菌污泥膨脹。一般情況下當(dāng)DO在2.0mg/l,有機(jī)負(fù)荷0.5kg/kg.d情況下,可以有效控制絲狀菌過度生長。在實際運(yùn)行中,相關(guān)數(shù)據(jù)還需要實驗摸索。
4.F/M
對于MBR而言,實驗研究F/M過低更易引發(fā)污泥膨脹,實際運(yùn)行中過低的污泥負(fù)荷會造成資源浪費(fèi),也不利于N、P的去除。當(dāng)F/M>0.4kg/kg.d,可以有效控制污泥膨脹,但是應(yīng)該注意進(jìn)水組份中避免有油脂類物質(zhì)。有效的系統(tǒng)工藝設(shè)計中,一般會在MBR池前端設(shè)置預(yù)處理裝置,以保證MBR進(jìn)水通過預(yù)處理出去含有油脂類物質(zhì),控制由此導(dǎo)致的生物泡沫。
5.廢水營養(yǎng)組份
適宜的C∶N∶P是有效控制絲狀菌繁殖的手段。由于N、P組份的不足,會導(dǎo)致絲狀菌競爭力增強(qiáng)。所以及時調(diào)節(jié)進(jìn)水組分,一般情況下保持100∶5∶1的比例。針對工業(yè)廢水處理的來水成分復(fù)雜,濃度變化大,極易對生活系統(tǒng)形成沖擊,要充分考慮設(shè)置進(jìn)水預(yù)處理系統(tǒng)。在前端生產(chǎn)系統(tǒng)中,注意對排放廢水中的有效游弋組分盡可能回收再利用,一方面降低廢水處理難度和處理成本,另一方面也提高主裝置原料利用率,節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
對于運(yùn)行工藝的參數(shù)控制,還需要在實際生產(chǎn)中分析導(dǎo)致絲狀菌過度繁殖的主要影響因素,重點(diǎn)控制,同時及時調(diào)整其他影響因素,才能有效控制絲狀菌過度繁殖,控制污泥膨脹,才能保證處理負(fù)荷及出水質(zhì)量。
如果已經(jīng)發(fā)生污泥膨脹,產(chǎn)生大量生物泡沫的情況下,應(yīng)急可以采用投加活性炭粉末(PAC),減少污泥層污染的阻力,同時降低EPS濃度,減少生物泡沫的產(chǎn)生。不過PAC的選擇和投加濃度也要考慮對膜組件的影響。
也可以采用投加消泡劑和水力噴灑方式控制,消泡劑的選擇也要注意對膜組件的影響,例如含有硅的消泡劑對于某一類材質(zhì)的膜絲,容易造成表面結(jié)垢硬化,堵塞孔徑,影響膜通量;水力噴灑還是比較有效,會增加運(yùn)行成本。
另外還可以采用投加混凝劑、絮凝劑等物質(zhì)解決,此類方式形成較大絮體,但是在曝氣水力切割情況下,絮體極易遭到破壞而粉碎,反而不利于污泥沉降。
至于投加抑制劑等化學(xué)物質(zhì),要考慮抑制絲狀菌,同時避免傷害非絲狀菌??傊畱?yīng)急處理措施僅是短時間控制,還是要從影響因素上通過工藝參數(shù)控制才能從根本上解決問題。