MBR膜處理系統污泥膨脹發泡原因分析及處理措施

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西南地區某企業采用MBR膜生物反應器為核心的處理系統，處理工業生產過程中產生的含有高分子、環狀、醇類、酚類等污染物的工業廢水。設計處理能力120m3/h。該處理系統具有出水水質好，耐沖擊、運行穩定等優點。自2011年投入運行至今，處理效果穩定，不僅有效解決該企業生產中產生的工業廢水，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，也為企業創造了直接經濟效益。但是在運行中發現每一年的春秋季節，氣溫大幅變化的過程中，極易發生系統污泥膨脹發泡現象，產生大量生物泡沫，嚴重時會從池中膨脹溢出，如遇風力較大的天氣，還會被風四處吹灑，（如圖1、圖2、圖3）嚴重影響裝置及周邊衛生情況。同時也對系統處理負荷造成一定影響。針對此現象分析如圖1、圖2、圖3：

圖1 存在絲狀菌大量出現的情況嚴重泡沫情況

圖2 泡沫情況胞外代謝物

圖3 MBR膜池MBR膜組件

一、產生原因

相關文獻表明，在膜生物反應器內，由于絲狀菌大量繁殖引發的污泥膨脹會加速膜污染，使得反應器中產生大量生物泡沫，同時對膜組件造成損害。主要表現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，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格，阻礙污泥顆粒的沉降，引發污泥膨脹，這種現狀在生化處理系統中大量存在。

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的氧化分解有機物能力，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骨架的形成，其網狀絮體形態也可過濾吸附水體中的游離細菌。但是有利的作用是要在絲狀菌與菌膠團之間達成穩定合理的平衡狀態。如果絲狀菌過度繁殖，由于絲狀菌對環境要求低，其生存能力、繁殖能力和耐受能力均強于菌膠團，勢必會大量奪取生存條件，導致菌膠團因搶奪不到營養物質和溶解氧而破碎瓦解，最后導致系統崩潰。

絲狀菌污泥膨脹實質上就是絲狀菌和菌膠團優勢競爭并獲勝出的結果。一方面絲狀菌大量繁殖占據有效局面，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，極易彼此粘結形成大量生物泡沫，尤其是在污泥膨脹情況下，加之鼓風系統的作用，更是加劇了生物泡沫的形成。

二、影響因素

就污泥膨脹產生原因分析，絲狀菌的過度生長繁殖是主要因素。實際上，絲狀菌具有環境要求低，繁殖力強，低營養情況下生存能力強，低溶解氧情況下搶奪氧的能力更強等諸多優勢。那么在實際系統運行中，有哪些具體的操作條件會對其產生較大影響，以具有一定抑制作用。

（一）污泥負荷F/M

由于絲狀菌的生存能力強于菌膠團，所以在低基質濃度條件下，具有更高的增長速率，也就是說當污泥負荷低的情況下，更易發生污泥膨脹，但是當污泥負荷高的時候，也會發生污泥膨脹呢，究其原因，主要是由于對于條件下的溶解氧（DO）濃度低導致，原因在于絲狀菌的奪氧能力大于菌膠團。

實際運行中就出現過因現場裝置檢修，導致進水負荷過低，從而引起污泥膨脹事故，及時補充投加碳源恢復運行。

（二）溶解氧

由于絲狀菌據具有較大的比表面積和較低的氧飽和常數。所以在供氧不足的情況下更易占據優勢地位，溶解氧偏低會造成絲狀菌大量繁殖導致污泥膨脹。

實際生產中這類現象比較容易出現，一般情況是前端裝置故障置換清洗或系統泄露，導致高濃度原料或產品、中間體等組分進入污水收納管網，到了污水處理裝置這里就表現為進水濃度異常升高，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，從而導致系統中溶解氧不足。

（三）溫度與PH

一般專業書中僅提到適宜溫度在15-35℃，但是并未詳細區分絲狀菌與菌膠團，在一些相關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交替的時候爆發大量生物泡沫。至于PH，最適宜為7.6-8，較低有利于絲狀菌生長，一般運行環境都能達到。

（四）廢水組份

廢水中易降解的有機組分高時，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營養物質比例不足時，由于絲狀菌對N、P有更強的親和力，也易導致營養缺乏型污泥膨脹。

三、處理措施

根據原因以及影響因素分析，在實際生產中可以從工藝操作方面控制使得在生物反應器中絲狀菌與菌膠團達到合理平衡狀態，而不是占據主導地位導致系統失控。

（一）工藝控制

1.SRT

因絲狀菌的繁殖速率快，當污泥泥齡過長時，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。當發現絲狀菌異常增多時，應適當增大排泥量，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。實際控制中需要進一步摸索適宜的泥齡。

2.HRT

當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，生物泡沫更易產生。有效延長HRT，使得環境中沒有被完全氧化的有機物質有足夠長的時間消解。

3.DO

有研究表明，膜生物反應器中，低DO和低污泥負荷共同作用可導致絲狀菌污泥膨脹。一般情況下當DO在2.0mg/l，有機負荷0.5kg/kg.d情況下，可以有效控制絲狀菌過度生長。在實際運行中，相關數據還需要實驗摸索。

4.F/M

對于MBR而言，實驗研究F/M過低更易引發污泥膨脹，實際運行中過低的污泥負荷會造成資源浪費，也不利于N、P的去除。當F/M＞0.4kg/kg.d，可以有效控制污泥膨脹，但是應該注意進水組份中避免有油脂類物質。有效的系統工藝設計中，一般會在MBR池前端設置預處理裝置，以保證MBR進水通過預處理出去含有油脂類物質，控制由此導致的生物泡沫。

5.廢水營養組份

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，會導致絲狀菌競爭力增強。所以及時調節進水組分，一般情況下保持100∶5∶1的比例。針對工業廢水處理的來水成分復雜，濃度變化大，極易對生活系統形成沖擊，要充分考慮設置進水預處理系統。在前端生產系統中，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，節約產品生產成本。

對于運行工藝的參數控制，還需要在實際生產中分析導致絲狀菌過度繁殖的主要影響因素，重點控制，同時及時調整其他影響因素，才能有效控制絲狀菌過度繁殖，控制污泥膨脹，才能保證處理負荷及出水質量。

（二）應急處理措施

如果已經發生污泥膨脹，產生大量生物泡沫的情況下，應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的膜絲，容易造成表面結垢硬化，堵塞孔徑，影響膜通量；水力噴灑還是比較有效，會增加運行成本。

另外還可以采用投加混凝劑、絮凝劑等物質解決，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物質，要考慮抑制絲狀菌，同時避免傷害非絲狀菌?？傊畱碧幚泶胧﹥H是短時間控制，還是要從影響因素上通過工藝參數控制才能從根本上解決問題。