SBR工藝活性污泥膨脹原因分析及調控措施

簡耀先

（貴州開陽化工有限公司，貴州開陽 550399）

0 引 言

改良型SBR工藝是近年發展起來的一種先進的序批式活性污泥法脫氮工藝，與傳統SBR工藝相比，改良型SBR工藝通過在單個池內多次重復進行的曝氣、攪拌、沉淀、排放（排水、排泥）操作，創造好氧、缺氧、厭氧環境，利用好氧、缺氧、厭氧微生物完成分解有機物（BOD）和脫除氨氮 （NH3-N）的生化處理過程。改良型SBR工藝考慮了短程硝化-反硝化、厭氧氨氧化、硝化-反硝化新生物脫氮技術應用的可能，既能有效地保證硝化率，又能很好地促進反硝化作用，具有占地少、運行費用低、設備簡單、維護方便、自動化程度高、抗負荷沖擊能力強等優點，廣泛用于污水處理系統中。但在改良型SBR工藝系統的運行過程中，往往會出現污泥膨脹的現象，以下結合貴州開陽化工有限公司（簡稱開陽化工）改良型SBR污水處理系統的運行情況，就污泥膨脹的原因進行分析，并介紹開陽化工針對這一問題采取的調控措施。

1 污水處理系統概況

開陽化工500kt／a合成氨項目屬貴州省重點建設項目、貴陽循環經濟（國家）生態工業示范基地重點項目，其工藝路線為干煤粉加壓氣化、耐硫變換、低溫甲醇洗＋超級克勞斯、液氮洗、氨合成。本項目污水處理系統采用改良型SBR工藝，污水以氣化污水為主，設計污水處理量210m3／h，8h為1個運行周期。污水處理系統設計進水水質為COD≤425mg／L、BOD≤319.7mg／L、氨氮≤400mg／L、硫化物≤1.0 mg／L、總磷≤4mg／L、SS≤80.9mg／L、pH＝6～9、溫度30～40℃；設計出水水質指標主要為COD≤60mg／L、BOD≤20mg／L、氨氮≤15mg／L、硫化物≤0.12mg／L、總磷≤0.3mg／L、氰化物≤0.5mg／L、SS≤70mg／L、pH＝6～9，即要求達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的一級標準。

從上述設計指標來看，污水處理系統來水水質總磷偏高，在滿足系統自身需求之外還需添加除磷劑來保證出水指標合格，據SBR生化系統C∶N ∶P＝100∶5∶1的營養比例（N以NH3-N計，P以PO4-P計），系統的碳氮比不足，需按污水水質、水量投加甲醇（碳源）。

2 活性污泥膨脹現象

2020年2月初，4座SBR池在潷水時發現有部分絮體帶出，SV30均升至60%～70%，而且在最初沉降10min時效果不好，污泥顏色由原來的深褐色變成淺黃色，無土腥味，之后通過在第二次曝氣過程中加PAC（聚合氯化鋁）后，潷水時水體帶泥減少，水體還算清澈；但此后隨著運行時間的推移，解絮膨脹現象越來越嚴重，再增加PAM （聚丙烯酰胺）的投加，可勉強確保潷水時水體清澈；當SBR池內活性污泥全部出現解絮膨脹的現象后，加再多的PAC、PAM，出水均呈渾濁狀態，懸浮物超標，污泥沉降效果不好，最終SV30高達100%。

查閱相關文獻得知，如果線狀菌在整體菌落中占主導地位時，污泥活性不好，大量的硝化細菌和反硝化細菌會死亡，污水系統將陷入癱瘓狀態。為進一步確定污泥的活性和硝化細菌的反應情況，分析檢測了進水氨氮、COD及出水氨氮、COD、懸浮物（SS），如表1；4座SBR池污水的混合液懸浮固體濃度（MLSS）、混合液揮發性懸浮固體濃度（MLVSS）及鏡檢結果如表2。

表1 SBR池進出水水質分析數據mg／L

表2 4座SBR池污水的MLSS、MLVSS及鏡檢結果

3 原因分析

通過數據分析并結合現場情況來看，4座SBR池均已出現活性污泥膨脹現象，污泥內硝化細菌大量死亡，氨氮降解能力大大下降，COD還能降解是因為采用了過度曝氣的方式；出口懸浮物濃度緩慢升高，表明活性污泥膨脹越發嚴重，出現水渾濁現象。為了查清活性污泥膨脹的原因，從以下幾個方面進行排查與分析。

3.1 進水來源

開陽化工氣化原料煤之前采用貴州當地煤，其灰分高、產氣量少，后經改造，氣化系統摻燒石油焦（石油焦灰分少、產氣量大），摻燒比例為石油焦∶貴州當地煤＝1∶2（質量比）。摻燒石油焦后，氣化污水氨氮含量、COD值較之前有所降低，但同時污水來源中增加了反滲透濃水（反滲透濃水投加量占污水處理系統總進水量的約50%），如此一來，綜合進水營養源減少，系統整體上處于缺營養狀態，久而久之可能會導致活性污泥膨脹。

此外，在生物法處理高鹽含氮廢水的過程中，鹽分能夠直接影響溶解氧的濃度及氧氣轉移到液相的能力，進而影響硝化菌的新陳代謝功能（鹽分高導致污泥中活性細菌反滲透壓高，生物膜破裂，易發生細菌死亡現象）和活性污泥的沉降性，并改變顆粒污泥以及生物膜的結構，導致生物絮體或胞外聚合物解體。可見，污水處理系統進水中加入高鹽分的反滲透濃水會對SBR工藝的硝化效率產生影響。

3.2 碳氮比

最近一批進水水質分析數據（見表3）表明，系統入口污水碳氮比約為1，比設計污水進水碳氮比還低，且來水中氨氮含量、COD值均比設計值低很多，在負荷偏低的情況下，生化池內的有機物濃度低，相較于膠團菌而言，絲狀菌因其鏈狀伸展的形式，更易接觸到有機物形成優勢生長，如果在系統運行過程中不把握好碳氮比，活性污泥易長期處于饑餓狀態，大量的絲狀菌繁殖，如此一來曝氣過程中就很可能出現污泥解絮膨脹的現象。

表3 最近一批進水水質分析數據

3.3 運行時序周期表

3.3.1 設計運行時序周期表

開陽化工改良型SBR工藝系統以8h為1個運行周期，每個周期分為如下階段自動運行。

進水階段：此階段分兩步，第一步為時序開始時，第二步為第一次曝氣結束時，共用時1h。

反應階段：反應階段又分為曝氣階段和攪拌階段。曝氣（硝化）階段，由曝氣系統向反應池供氧，第一次曝氣時，有機污染物被微生物氧化分解，同時污水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉化為NO3-N，此階段用時2h；第二次曝氣除了有部分硝化作用，也將多余的甲醇（碳源）消耗掉，此階段用時2h，2次曝氣共用時4h［由于曝氣過程中溶解氧（DO）濃度一下就起來了，故設定了重復曝氣，即在設定區間內曝氣，高于設定值曝氣風機停運，低于設定值曝氣風機啟動］。攪拌（反硝化）階段，停止曝氣而繼續攪拌，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的溶解氧進行氧化分解，反應池逐漸由好氧狀態向缺氧狀態轉化，開始進行反硝化反應，此階段用時2h。

潷水階段：攪拌停止，沉淀一段時間后，置于反應池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，反應池逐漸過渡到厭氧狀態繼續進行反硝化，此階段用時1h。

加堿階段：分別于第一次曝氣和第二次曝氣時加堿，pH控制在7～8。

加甲醇階段：第一次曝氣結束時添加，亦即系統處于攪拌階段開始、厭氧反應時添加。

排泥階段：攪拌停止后排泥10min。

3.3.2 摻燒石油焦后的新情況新問題

上述運行時序適用于生產系統“工藝”未發生改變的時候，現階段由于氣化系統摻燒石油焦和污水處理系統投加反滲透濃水，進水水質發生了很大的變化，進水中營養物濃度低，原運行時序已不適用于現有的工藝條件，主要體現在以下幾方面。

（1）曝氣過度。由于進水中有機物少，當有機物消耗完之后，多余的曝氣量所產生的剪切力就會破壞膠團菌之間的粘結力，使菌膠團變得松散破碎，宏觀特征表現為污泥沉降性能變差，易膨脹。簡言之，重復曝氣變相地變成了過度曝氣，是導致活性污泥膨脹的原因之一。

（2）甲醇投加位置不當。當SBR池內微生物發生反硝化反應時，需補充碳源來促進反硝化反應，原程序中甲醇投加的位置就是為了給反硝化細菌創造良好的生存條件。但從實際曝氣過程來看，溶解氧濃度上升迅速，這一方面是風機電流大的原因，更為重要的原因是進水中有機物變少了。為防止重復曝氣且保證曝氣充足，就要在進水時將碳氮比調整好，據以往的經驗，碳氮比應不低于3.5。簡言之，不僅要在厭氧階段投加甲醇，而且進水時需根據來水水質投加甲醇。

（3）排泥時間不夠，SV30過高。由于設定排泥時間短，導致SV30達60% ～80%，污泥泥齡長，且過高的泥位使污泥不易形成膠團菌，污泥老化嚴重、活性差，久而久之污泥容易發生解絮膨脹現象。

4 調控措施

4.1 調整運行時序周期表

（1）進水階段（進水第一步）添加甲醇，以調節進水COD，甲醇不能加多也不能加少，碳氮比不宜低于（即略高于）4，以保證曝氣過程中的營養比例。甲醇投加調整前后進水水質分析數據的對比見表4。

表4 甲醇投加調整前后進水水質分析數據對比

（2）取消重復曝氣設置，將風機與DO進行聯鎖，防止過度曝氣；1個運行周期的排泥時間由原來的固定排泥10min改為可自由設定排泥時間，排泥程序延長至潷水結束，排泥時長上限為1h。

4.2 污泥培養和馴化

由于出水氨氮高、懸浮物超標，需將SBR池內的污泥抽凈，重新進行培養馴化：首先將池內的泥水排凈，重新補充經過混凝沉淀后的清澈氣化污水，按照容積5000m3計算，至少每個池子補兩車城市污水活性污泥，約50t；補完之后，曝氣4h；攪拌前補充甲醇400kg，攪拌4h；持續1d，不潷水；之后按設定程序運行，每個周期進0.1m （池高），即89m3，同時需排放0.1m（池高），進水第一步就投加甲醇，調整碳氮比為4，同時觀察池內氨氮含量的變化，此過程中調整風機電流，設定曝氣溶解氧濃度為4mg／L，注意調控曝氣時間和攪拌時間，通常二者耗時相當；當氨氮全部完成降解后，即出水氨氮小于1mg／L時，污泥培養馴化完成，控制SV30為40%～50%、MLSS為4000～5000mg／L，必要時還可補充活性污泥。

A池污泥馴化過程（B池、C池、D池也進行了類似的污泥馴化過程）中有關工藝數據的變化見表5。可以看出，A池經過12d的馴化（期間分別于第2天和第5天補充了活性污泥），出水氨氮基本上小于1mg／L。

表5 A池污泥馴化過程中有關工藝數據的變化情況

4.3 不再接收反滲透濃水

反滲透系統產生的濃水營養非常低，其氨氮、COD均能達到排放指標要求，只是總磷超標，污水處理系統接收反滲透濃水意味著將進水營養稀釋。活性污泥出現膨脹現象后，為保證污水進水中的營養物質充足，并保證進水的鹽分不高，污水處理系統不再接收反滲透濃水，反滲透濃水考慮另上處理裝置。

4.4 每天觀察污泥的性狀和微生物的狀態

正常的活性污泥應該是黃褐色的，污泥沉降性能好，一般10min就能沉淀下來，而且肉眼能看見污泥成團，礬花大，聞起來或者曝氣過程中有明顯的土腥味，顯微鏡觀測狀態下膠狀細菌多、無絲狀細菌。而活性污泥膨脹狀態下，無礬花狀態下的污泥SV30異常高，污泥沉淀性能差，出水渾濁，懸浮物超標，污泥呈淡黃色，無土腥味，顯微鏡觀測狀態下無團狀細菌或絲狀細菌大量存在。

4.5 隨時觀察進水水質

隨時觀察進水水質，如硫化物、游離氯、氰化物等。有毒有害物質對于微生物是致命的，在處理一些含有毒有害物質的污水時一定要做好預處理，防止其進入生化池。

上述措施落實后，經過約10d時間的調整，4座SBR池均恢復正常，污泥鏡檢狀況好，沉降性能好，活性強。

5 結束語

污水處理系統運行過程中，出水指標的好壞關鍵在于生化處理環節。煤化工企業污水處理系統來水水質不穩定、污水中營養成分低會直接影響生化處理的效果。為此，需隨時監控來水水質，同時注意生化池內污泥的性狀，及時調整與優化，可采取加強排泥、降低污泥濃度及縮短泥齡、調整碳氮比、嚴格控制溶解氧含量等措施；對于高濃度的氨氮、COD或者其他有毒物質的侵入，需先將其導入事故應急池進行緩沖，再擇機少量并入污水處理系統予以處理，以確保生化池進水水質的穩定。希望上述關于SBR工藝活性污泥膨脹原因及其調控措施的總結，能為業內提供一些參考，以便在今后污水處理系統的生產過程中找準類似問題的原因，從而對癥下藥。