污水廠受酸性廢水沖擊后污泥上浮的應(yīng)對研究

楊貞武，劉運(yùn)東，金江華，卜翠娜

（1. 中國葛洲壩集團(tuán)水務(wù)運(yùn)營有限公司，湖北武漢430033；2. 天津?yàn)I海新區(qū)塘沽環(huán)科新河污水處理有限公司，天津300450）

酸性工業(yè)廢水進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理廠后會嚴(yán)重抑制生化系統(tǒng)微生物的活性，造成微生物中毒，出現(xiàn)污泥解絮上浮現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致生化系統(tǒng)崩潰。如果不及時(shí)進(jìn)行人為干預(yù)， 會對污水廠生化處理系統(tǒng)造成長久的不利影響，并最終影響出水達(dá)標(biāo)。筆者對桓臺污水處理廠酸性工業(yè)廢水進(jìn)入其生化系統(tǒng)后造成的活性污泥系統(tǒng)污泥解絮上浮現(xiàn)象進(jìn)行了研究， 并對污水廠采取的應(yīng)急調(diào)控措施和調(diào)控前后的處理效果進(jìn)行了分析， 建立了應(yīng)對污泥上浮的有效預(yù)防及調(diào)控措施模式。

1 桓臺污水處理廠背景簡介

桓臺污水處理廠于2005 年由天津環(huán)科水務(wù)開發(fā)有限公司與桓臺縣人民政府合作建成，后于2015年轉(zhuǎn)讓給葛洲壩?；概_污水處理廠分2 期建設(shè)，總處理規(guī)模達(dá)5 萬m3/d，處理出水水質(zhì)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。 其中，一期設(shè)計(jì)規(guī)模2.5 萬m3/d，目前實(shí)際處理量約2 萬m3/d，采用百樂克生化工藝；二期設(shè)計(jì)規(guī)模2.5 萬m3/d， 目前實(shí)際處理量約1.5 萬m3/d，采用AAO+活性砂處理工藝。 由于污水廠夜間進(jìn)水量減少， 偷排的酸性廢水基本上全部進(jìn)入一期處理系統(tǒng)， 因此一期生化系統(tǒng)為本次酸性廢水的沖擊對象和研究對象。 其工藝流程如圖1 所示。

2 工業(yè)酸性廢水沖擊導(dǎo)致污泥上浮及應(yīng)對調(diào)控實(shí)例的描述與分析討論

2.1 污泥上浮情況的出現(xiàn)

圖1 桓臺污水廠一期處理工藝流程

2018 年9 月27 日，發(fā)現(xiàn)桓臺污水處理廠一期生化池（厭氧池和多級A/O 池）表面出現(xiàn)聚集浮泥，顏色發(fā)白，生化池氣味接近于進(jìn)水味道。 另外，當(dāng)日污水廠出水氨氮檢測值出現(xiàn)升高趨勢， 由前日的0.47 mg/L 升高到0.66 mg/L；同時(shí)一期沉淀池的出水渾濁度上升，穩(wěn)定池出水SS 由污泥上浮前的10 mg/L左右上升到20 mg/L 以上。 污水廠為確保出水氨氮達(dá)標(biāo)， 于27 日下午加大了一期生化池的曝氣量，生化池表面浮泥反而進(jìn)一步增加。

2.2 原因分析

2018 年9 月26 日， 桓臺污水處理廠化驗(yàn)室通過每日監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，混合進(jìn)水pH 為5.5，嚴(yán)重低于正常進(jìn)水pH 范圍（6~9），由此判斷26 日凌晨進(jìn)水中混雜著酸性廢水； 污泥沉降比較往常也呈現(xiàn)下降趨勢，且上清液渾濁。9 月27 日開始，厭氧池和A/O 池表面出現(xiàn)少量浮泥，經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，污泥發(fā)散，存在許多豆形蟲，其他原后生動(dòng)物變少。 由于出水氨氮較高，在加大曝氣量后，松散的污泥絮體被進(jìn)一步打散，污泥上浮并沒有得到緩解，生化池表面浮泥反而增厚。 測定30 min 污泥沉降比（SV）發(fā)現(xiàn)，SV由正常情況的20%～25%下降至小于10%，MLSS 也由之前的3 900～4 500 mg/L 下降至2 800～3 100 mg/L。

綜上， 可斷定有較大量酸性廢水對污水廠一期系統(tǒng)造成了沖擊，劇烈的pH 波動(dòng)抑制了污泥活性，使一期生化池出現(xiàn)污泥解絮，呈現(xiàn)污泥上浮現(xiàn)象。微生物的生長有其最適的pH 范圍， 一般市政污水處理廠的活性污泥微生物適合在6～9 的pH 范圍內(nèi)生長，pH 過高或過低對微生物的活性都會造成嚴(yán)重影響〔1〕。當(dāng)曝氣池pH<4 時(shí)，微生物會受到抑制，出現(xiàn)污泥上浮。 系統(tǒng)的pH 越低，上浮污泥量越多。 另有研究表明，當(dāng)pH<7 時(shí)，硝化速率下降，當(dāng)pH<5.5 時(shí)，硝化細(xì)菌的活性極弱〔2〕。 另外，增大曝氣量，反而加劇了污泥的解絮， 原因是生化池部分污泥的活性降低， 絮體變得松散， 過量曝氣造成大量菌膠團(tuán)被打散，污泥解絮，污泥大量上浮形成大片浮泥。

2.3 工藝調(diào)控措施

污泥上浮的原因確定后， 桓臺污水處理廠采取了有針對性的調(diào)控措施。

2.3.1 確保污水廠調(diào)控期間無工業(yè)廢水沖擊

對上游排污單位進(jìn)行排查， 確保工業(yè)廢水偷排情況不再發(fā)生。同時(shí)，污水廠加強(qiáng)了對進(jìn)水口水質(zhì)的監(jiān)測頻次，尤其是夜間的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題后做到及時(shí)上報(bào)，及時(shí)關(guān)停進(jìn)水。

2.3.2 調(diào)整運(yùn)行負(fù)荷

合理分配一期生化系統(tǒng)與二期生化系統(tǒng)的污水進(jìn)水量，降低一期生化處理系統(tǒng)的處理負(fù)荷。根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，二期系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)壓力較大，而控制在90%的運(yùn)行負(fù)荷（2.25 萬m3/d）以下可使出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。 因此，從10 月6 日起一期處理系統(tǒng)由之前80%的運(yùn)行負(fù)荷（2 萬m3/d）降至50%（1.25 萬m3/d），其余約2.25 萬m3/d 的污水全部由二期生化系統(tǒng)承擔(dān)，以減少一期的處理壓力，為微生物的生長創(chuàng)造條件。

2.3.3 調(diào)整氣水比

一期生化池受沖擊后污泥活性變?nèi)酰?呼吸速率下降，對溶解氧的需求減小，因此前期連續(xù)3 d 過量的曝氣（DO 為3.5～3.9 mg/L）并沒有促進(jìn)硝化菌生長，反而加劇了污泥的解絮。 合理控制DO，可避免過度曝氣造成的微生物老化過快， 有利于形成良好的菌膠團(tuán)。 通過控制氣水比在1∶5～1∶7，保證生化池末端DO 在2～3 mg/L。 調(diào)控前后好氧池末端DO 的變化如圖2 所示。由圖2 可以看出，從10 月6 日起，通過控制氣水比， 嚴(yán)格控制了好氧池末端DO，DO平均值為2.21 mg/L。

2.3.4 投加鐵鹽增強(qiáng)絮凝性

圖2 調(diào)控前后好氧池末端DO 的變化

除了調(diào)整污水處理廠一期生化系統(tǒng)的運(yùn)行條件外，為加快生化系統(tǒng)的恢復(fù)速度，在一期生化池的末端連續(xù)投加聚合硫酸鐵。 投加鐵鹽的主要目的是通過聚合硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的大量正電荷與污泥表面的負(fù)電荷進(jìn)行電性中和，使其脫穩(wěn)，加強(qiáng)解絮的污泥碰撞、表面吸附、吸引，使其結(jié)合生成較大顆粒的絮凝體截留下來，以避免系統(tǒng)大量污泥的流失。另有研究發(fā)現(xiàn)， 含有50 mg/L 鐵鹽的活性污泥系統(tǒng)的脫氫酶活性和電子傳遞體系活性相比傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)均提高了50%左右〔3〕。 脫氫酶活性和電子傳遞體系活性能夠很好地反映泥中微生物量和對污染物分解能力。由于高濃度的聚合硫酸鐵會對污泥活性產(chǎn)生抑制〔4〕，所以聚合硫酸鐵投加量控制在20～50 mg/L。10月6 日起，在一期好氧池末端開始投加聚合硫酸鐵，采用連續(xù)投加的方式，投加量為50 mg/L。 投加前好氧池MLSS 為2 904 mg/L，浮泥幾乎覆蓋了整個(gè)好氧池。投加后，10 月10 日MLSS 升高至3 422 mg/L，SV達(dá)到16%，浮泥面積減少約50%，效果初顯，由此將聚合硫酸鐵投加量減小至30 mg/L。 10 月14 日，生化池MLSS 升至3 534 mg/L， 浮泥面積約占池表面的20%，污泥沉降比基本恢復(fù)正常，繼而聚合硫酸鐵投加量改為20 mg/L。 10 月16 日，MLSS 恢復(fù)至3 920 mg/L，聚合硫酸鐵投加結(jié)束。 在此期間，每個(gè)運(yùn)行班組對二沉池測2 次pH，控制pH 為6.7～7.0。 聚合硫酸鐵投加前期，由于系統(tǒng)污泥量較少，無剩余污泥排放；污泥上浮消除效果初顯時(shí)，系統(tǒng)污泥濃度逐漸恢復(fù)，開始適當(dāng)排放剩余污泥，并逐漸增加剩余污泥的排放量，增強(qiáng)微生物代謝能力，直至逐步恢復(fù)至正常量。 聚合硫酸鐵投加10 d 后，MLSS 恢復(fù)至接近4 000 mg/L，SV 為19%，恢復(fù)效果明顯。 酸性廢水沖擊及調(diào)控前后SV 和MLSS 的變化如圖3 所示。

2.4 調(diào)控前后處理效果對比

酸性廢水沖擊及調(diào)控前后出水氨氮、總氮及COD 的變化如圖4、圖5 所示。

圖3 酸性廢水沖擊及調(diào)控前后SV 和MLSS 的變化

圖4 酸性廢水沖擊及調(diào)控前后出水氨氮的變化

圖5 酸性廢水沖擊及調(diào)控前后出水總氮及COD 的變化

經(jīng)過10 d 的調(diào)整，活性污泥絮凝效果良好，生化系統(tǒng)的浮泥基本消失， 如圖3 所示，MLSS、SV 逐漸升高。 由圖4 可以看出，酸性廢水沖擊后，影響了污泥活性，系統(tǒng)的硝化能力受到抑制，出水NH3-N升高至1.12 mg/L。 10 月6 日投加聚鐵后，微生物硝化能力提高，出水NH3-N 呈下降趨勢。 調(diào)控完成后，出水NH3-N 恢復(fù)至沖擊前的穩(wěn)定水平，約在0.5 mg/L左右。聚鐵投加期間，穩(wěn)定池出水總磷由酸性廢水沖擊前的1.20 mg/L 下降至約0.4 mg/L，基本滿足了出水排放標(biāo)準(zhǔn)， 深度處理段絮凝沉淀池在此期間減少了除磷劑的投加。

由圖5 可以看出，由于酸性廢水的沖擊，TN 及COD 去除率下降。 過曝氣階段，外回流使得溶解氧進(jìn)入?yún)捬醵危M(jìn)一步影響了TN 的去除。 調(diào)控措施實(shí)施后，出水TN 逐漸降低至沖擊前的11.1 mg/L，COD降低到33 mg/L。通過減少負(fù)荷、合理控制氣水比、投加聚鐵截留解絮污泥這3 項(xiàng)措施， 使生化系統(tǒng)得以恢復(fù)正常， 有效應(yīng)對了酸性廢水沖擊造成的污泥上浮，穩(wěn)定了處理效果。

3 結(jié)論及建議

工業(yè)酸性廢水的偷排對下游污水處理廠的生化系統(tǒng)會造成很大沖擊，可使污泥解絮，污泥沉降性變差，導(dǎo)致污泥上浮嚴(yán)重，影響生化系統(tǒng)的處理效果。通過科學(xué)合理的工藝調(diào)控， 即降低污泥上浮的生化系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷，控制合理的氣水比，添加適量的聚合硫酸鐵截留解絮浮泥， 可以使生化系統(tǒng)快速恢復(fù)活性，避免了處理出水水質(zhì)超標(biāo)。 如果進(jìn)水存在COD低或可生化降解COD 偏低時(shí)，還可以輔助投加共代謝碳源，如葡萄糖，提高微生物的濃度和活性。另外，為了避免工業(yè)酸性廢水沖擊， 建議污水處理廠盡可能在進(jìn)水端加設(shè)在線監(jiān)測及預(yù)警裝置， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及早進(jìn)行工藝調(diào)控。