煉油污水氧化溝活性污泥性狀分析探討

曾林濤，黃進(jìn)飛，唐曼

（中國石化廣州分公司公用工程部，廣東廣州 510725）

1 概述

污水處理技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從單一功能到多種功能、從低效率到較高效率的發(fā)展。污水處理工藝?yán)缪趸瘻?、SBR法、A/O法等工藝得到了發(fā)展與應(yīng)用[1]。目前在眾多的污水處理技術(shù)中，活性污泥法被認(rèn)為是行之有效且應(yīng)用最為廣泛的一種生物處理法[2]。活性污泥法由初沉池、曝氣池、二沉池、曝氣設(shè)備以及污泥回流設(shè)備等組成，主要構(gòu)筑物是曝氣池和二沉池。

活性污泥法應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮、污泥泡沫等問題，一旦運行發(fā)生上述問題就會導(dǎo)致污水處理效率降低，出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)[3]。因此利用肉眼觀察活性污泥的顏色、利用嗅覺聞活性污泥的氣味和觀察曝氣池的曝氣情況，能在一定程度上反映活性污泥的健康狀態(tài)，通過光學(xué)顯微鏡，觀察活性污泥中的細(xì)菌、真菌、原生動物及后生動物等微生物的種類、數(shù)量、優(yōu)勢度及其代謝等狀況，也能在微觀角度反應(yīng)生化系統(tǒng)的健康狀態(tài)。

2 實驗

以廣州石化煉油污水裝置高濃度系列二級生化單元中氧化溝的活性污泥為研究對象，二級生化單元的組成如圖1所示。

圖1 煉油污水裝置高濃度系列二級生化單元組成

觀察氧化溝活性污泥的顏色、性狀，觀察氧化溝以及南沉淀池內(nèi)污泥的狀況；某年4月1日至30日每天上午10∶00采氧化溝內(nèi)溝泥水混合樣500 mL，測定污泥樣品的SV30，測定氧化溝內(nèi)溝活性污泥濃度，并對污泥樣品進(jìn)行微生物鏡檢；每隔5天采氧化溝進(jìn)水、測定氧化溝出水、南沉淀池出水BOD5和COD；記錄次月每次南沉淀池排泥前后污泥儲罐液位。

3 結(jié)果與討論

3.1 現(xiàn)場觀測

利用錐型量筒采氧化溝中泥水混合物進(jìn)行觀察，污泥呈黃褐色，新鮮泥土氣味略帶些有機物特殊香味，從外觀來看污泥性狀正常。

觀測氧化溝池面，池面有部分褐色泡沫，這是由于氧化溝內(nèi)污泥齡過長，污泥老化發(fā)生解體，解絮污泥附于泡沫上隨之上浮[4]。

觀察南沉淀池內(nèi)，發(fā)現(xiàn)水面有部分白色泡沫存在。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有兩個，第一是污水中表面活性劑、類脂化合物等能引起放線菌迅速增殖的有機物導(dǎo)致產(chǎn)生生物泡沫浮渣；第二是南沉淀池污泥局部短時間內(nèi)缺氧，出現(xiàn)反硝化現(xiàn)象造成污泥上浮，這種情況可通過測定南沉淀池進(jìn)、出水總氮確定。

3.2 微生物鏡檢

活性污泥主要由具有活性微生物（Ma）、微生物自身氧化的殘留物（Me）、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有機物（Mi）和無機物（Mii）組成[5]。

對煉油污水場氧化溝中的活性污泥進(jìn)行微生物鏡檢的結(jié)果如圖2 a ～d 所示。其中a 為活性污泥總貌圖，b 為200 倍下觀測圖，c、d 為400 倍下觀測圖。由圖a 可以看出污泥整體狀態(tài)松散、解絮，細(xì)菌類形狀已破裂，污泥活性不佳。而且微生物分布分散，活性污泥中Ma 占比小，預(yù)示著水體有凈化活性的微生物少，抗沖擊能力差，翻泥易造成系統(tǒng)崩潰。由圖c、d 可以看到在活性污泥中未找到指示水質(zhì)凈化程度好的輪蟲等微生物，而觀察到較多的線蟲，線蟲的出現(xiàn)指示著水體凈化能力差。在污泥中還觀察到較多的表殼蟲（d中心黑點），表殼蟲多生活在負(fù)荷較低的狀態(tài)下，通常在食微比小于0.1的時候出現(xiàn)，且溶解氧高，污泥有老化的趨勢；大量出現(xiàn)可基本確定為食微比低。污泥的生物相檢測結(jié)果不理想，未能找到代表凈化程度好的輪蟲等微生物。

圖2 活性污泥微生物鏡檢結(jié)果

3.3 水質(zhì)分析

對氧化溝進(jìn)出、水，南沉淀池出水的BOD5和COD，以及氧化溝的污泥濃度進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。

表1 二級生化單元化學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果

廢水中的COD 根據(jù)生物降解性可分成兩部分，即可生物降解COD組分（CODB）和不可生物降解組分（CODNB）[6]。活性污泥對污染物的降解主要是由生物降解和微生物吸附完成，大部分的CODB被活性污泥中的COD降解菌所降解，小部分的CODNB則被活性污泥所吸附。因此，在廢水生物法處理中，COD的去除率總是低于BOD5的去除率，結(jié)果使出水的B/C 比值有較大幅度的下降，B/C 比值往往小于0.10（視廢水中CODB組分在COD 中所占比例而定）。因此，可以通過測定進(jìn)、出水的BOD5和COD來判斷生物處理系統(tǒng)運行的狀況，若進(jìn)、出水的B/C比值變化不大，出水的BOD值亦較高，表明該系統(tǒng)運行不正常；反之，出水的B/C比值與進(jìn)水B/C比值相比下降較快，說明系統(tǒng)運行正常。

除4 月4 日的出水B/C 比得到了穩(wěn)步下降，另外3 日的B/C 比并沒有太大變化，4 月12 日更是由0.09 升至0.35，由此可知氧化溝活性污泥降解污水CODB組分能力較差，運行狀態(tài)不理想。

3.4 污泥性能

4月1日至30日測定氧化溝內(nèi)溝活性污泥濃度，測定結(jié)果見圖3。

圖3 氧化溝污泥濃度

由圖3可知，4月氧化溝污泥濃度穩(wěn)定在5 000 ～7 000 mg/L之間，平均值為6 083 mg/L。而4月氧化溝SV30為92%～96%，由式（1）計算SVI指數(shù)：

SVI值為133 ～181 mL/g，SVI值是判斷污泥沉降性能的一個重要參數(shù)，通常認(rèn)為SVI 值為100 ～150時，污泥沉降性能良好，SVI值大于200時，污泥沉降性能差；氧化溝SVI值在133 ～181之間說明污泥沉降性能不穩(wěn)定，氧化溝抗沖擊能力低。

根據(jù)表1 中污泥濃度、進(jìn)水BOD5濃度和氧化溝容積利用式（2）計算4天的活性污泥負(fù)荷，并計算COD和BOD5去除率，計算結(jié)果見表2。

表2 氧化溝單元有機負(fù)荷和污染物去除率

式中：Ls污泥負(fù)荷，kgCOD（BOD5）/（kgMLSS·d）；Q每天進(jìn)水量，m3/d；S COD（BOD5）濃度，mg/L；V 曝氣池有效容積，m3；X 污泥濃度，mg/L。

當(dāng)活性污泥法處理系統(tǒng)在高BOD5污泥負(fù)荷條件下運行時，活性污泥的污泥泥齡較短，降解單位質(zhì)量BOD5的需氧量就較低。這是因為在高負(fù)荷條件下，一部分被吸附而未被攝入細(xì)胞體內(nèi)的有機污染物隨剩余污泥排出。同時，在高負(fù)荷條件下活性污泥的內(nèi)源代謝作用弱，因此需氧量較低。與之相反，當(dāng)BOD5污泥負(fù)荷較低，污泥泥齡較長，微生物對有機污染物分解代謝程度較深，微生物的內(nèi)源代謝時間長，這樣降解單位質(zhì)量BOD5需氧量就較高?；钚晕勰嘁３终顟B(tài)，BOD5污泥負(fù)荷在0.2 ～0.3 kg/（kgMLSS·d）為宜[7]。污泥負(fù)荷過高或過低時容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹[8]。

由表2 可知氧化溝污泥負(fù)荷過低，污泥負(fù)荷過低會導(dǎo)致污泥進(jìn)行內(nèi)源呼吸，污泥自身硝化，反而可能會使COD 增高，去除能力下降。由氧化溝COD 和BOD5去除率可看出，污染物去除能力差，與污泥負(fù)荷低會造成的后果相符合。其次，污泥負(fù)荷過低或過高都會引起污泥膨脹，需加強排泥，控制污泥齡。

實驗記錄了2019 年5 月南沉淀池4 次排泥情況，根據(jù)液位變化以及罐容計算排泥量，數(shù)據(jù)記錄見表3。

表3 南沉淀池排泥記錄

計算污泥齡現(xiàn)階段主要分傳統(tǒng)污泥齡、瞬時污泥齡、動態(tài)污泥齡和實時污泥齡[8]幾種方式。試驗研究的活性污泥系統(tǒng)由于排泥周期、污泥濃度都不穩(wěn)定，因此確認(rèn)為非穩(wěn)態(tài)生化系統(tǒng)。計算污泥齡時采用勞倫斯和麥卡蒂模型，將污泥齡定義為曝氣池中微生物的平均停留時間，粗略算出污泥齡，計算公式見式（3）。

式中：θC污泥齡，d；（X）T曝氣池中總的污泥質(zhì)量，kg；（△X/△t）T每天從處理系統(tǒng)排出的活性污泥質(zhì)量，kg/d。

剩余污泥濃度介于1.0 ～1.2 kg/m3，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式得：

式中5.406 為5 月1 日至26 日平均污泥濃度，kg/m3，4 000為氧化溝容積，m3。

污泥齡顯然已超過250 天，屬于超長污泥齡；超長污泥齡對硝化反應(yīng)有幫助，但同時有污泥老化的風(fēng)險。由于系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，只能由勞卡模型計算平均污泥齡，與實際存在一些偏差。

4 結(jié)論與探討

鏡檢結(jié)果顯示氧化溝活性污泥絮體松散，Ma占比太小且易分解破碎，未發(fā)現(xiàn)反映水質(zhì)良好的輪蟲等微生物，微生物鏡檢結(jié)果不理想?；钚晕勰嘀杏^測到表殼蟲指示污泥負(fù)荷低與后續(xù)測算的污泥負(fù)荷吻合，觀測到線蟲指示污水凈化能力低也與所測算COD和BOD5去除率吻合。

經(jīng)計算4月氧化溝進(jìn)水、出水B/C下降不明顯，證明氧化溝活性污泥降解污水CODB組分能力較差，運行狀態(tài)不理想。

氧化溝SVI值在133 ～181之間，污泥沉降性能不穩(wěn)定，氧化溝抗沖擊能力低。氧化溝污泥負(fù)荷過低導(dǎo)致污泥進(jìn)行內(nèi)源呼吸，污泥自身硝化，COD去除能力降低。由氧化溝COD和BOD5去除率可看出，有機物去除能力差，與污泥負(fù)荷低會造成的后果相符合。

結(jié)合生化系統(tǒng)的排泥情況，可認(rèn)為該系統(tǒng)為非穩(wěn)態(tài)單元，因此采用勞倫斯和麥卡蒂模型進(jìn)行粗略計算，得出污泥齡大于250 天，由于對剩余活性污泥濃度未進(jìn)行準(zhǔn)確測定，因此計算結(jié)果與實際情況存在一定偏差。

污泥齡多數(shù)作為初設(shè)時的設(shè)計參數(shù)而并非運營狀態(tài)的衡量指標(biāo)，運營系統(tǒng)更重要的是維持穩(wěn)定的污泥濃度，以獲得穩(wěn)定的有機負(fù)荷。有了穩(wěn)定的污泥濃度，計算污泥齡和確定排泥周期才有意義；因此，當(dāng)前最重要的是通過排泥或回流調(diào)整氧化溝污泥濃度，以COD去除率和氨氮去除率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，尋找最優(yōu)污泥濃度，確定最優(yōu)有機負(fù)荷。

從實驗結(jié)果可以看出氧化溝活性污泥泥齡過長，污泥易解絮，微生物少且易破碎，沉降性能差，抗沖擊能力差，稍微來水水質(zhì)波動或環(huán)境波動就會給系統(tǒng)帶來沖擊，生存能力弱的硝化菌種就會出現(xiàn)崩潰。

對活性污泥的性狀分析不可單一只靠生物相檢測或化學(xué)指標(biāo)測定來衡量，要從多方面多角度衡量，做生物相檢測得出的疑惑，在化學(xué)指標(biāo)測定方面就有側(cè)面的印證和解釋?；钚晕勰嘈誀畹姆治鰧τ诹私庹麄€系統(tǒng)的運營狀態(tài)至關(guān)重要，是從微觀角度去解釋系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因，對易受沖擊的煉化污水工藝具有借鑒意義。