MBR膜處理系統(tǒng)污泥膨脹發(fā)泡原因分析及處理措施

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(guò)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(jì)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(guò)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(shí)會(huì)從池中膨脹溢出，如遇風(fēng)力較大的天氣，還會(huì)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(shí)也對(duì)系統(tǒng)處理負(fù)荷造成一定影響。針對(duì)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

一、產(chǎn)生原因

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(huì)加速膜污染，使得反應(yīng)器中產(chǎn)生大量生物泡沫，同時(shí)對(duì)膜組件造成損害。主要表現(xiàn)過(guò)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(wú)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(shí)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(shí)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(guò)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(guò)度繁殖，由于絲狀菌對(duì)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(shì)必會(huì)大量奪取生存條件，導(dǎo)致菌膠團(tuán)因搶奪不到營(yíng)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(shí)質(zhì)上就是絲狀菌和菌膠團(tuán)優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)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。

二、影響因素

就污泥膨脹產(chǎn)生原因分析，絲狀菌的過(guò)度生長(zhǎng)繁殖是主要因素。實(shí)際上，絲狀菌具有環(huán)境要求低，繁殖力強(qiáng)，低營(yíng)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(shì)。那么在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，有哪些具體的操作條件會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響，以具有一定抑制作用。

（一）污泥負(fù)荷F/M

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(zhǎng)速率，也就是說(shuō)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(shí)候，也會(huì)發(fā)生污泥膨脹呢，究其原因，主要是由于對(duì)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(shí)際運(yùn)行中就出現(xiàn)過(guò)因現(xiàn)場(chǎng)裝置檢修，導(dǎo)致進(jìn)水負(fù)荷過(guò)低，從而引起污泥膨脹事故，及時(shí)補(bǔ)充投加碳源恢復(fù)運(yùn)行。

（二）溶解氧

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(shì)地位，溶解氧偏低會(huì)造成絲狀菌大量繁殖導(dǎo)致污泥膨脹。

實(shí)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(guò)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。

（三）溫度與PH

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(duì)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(zhǎng)，當(dāng)溫度大于35℃后基本停止生長(zhǎng)。這也就說(shuō)明為何會(huì)在每年的春秋季節(jié)交替的時(shí)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(zhǎng)，一般運(yùn)行環(huán)境都能達(dá)到。

（四）廢水組份

廢水中易降解的有機(jī)組分高時(shí)，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(guò)高，N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例不足時(shí)，由于絲狀菌對(duì)N、P有更強(qiáng)的親和力，也易導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)缺乏型污泥膨脹。

三、處理措施

根據(jù)原因以及影響因素分析，在實(shí)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。

（一）工藝控制

1.SRT

因絲狀菌的繁殖速率快，當(dāng)污泥泥齡過(guò)長(zhǎng)時(shí)，絲狀菌就會(huì)大量繁殖，所以有效控制污泥泥齡，可以及時(shí)排除大量絲狀菌。當(dāng)發(fā)現(xiàn)絲狀菌異常增多時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大排泥量，及時(shí)排走過(guò)量絲狀菌。但是MBR的核心就是污泥濃度高，泥齡一般會(huì)較高。實(shí)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(shí)間過(guò)低時(shí)，有利于絲狀菌的繁殖，同時(shí)造成EPS增加，污泥的粘度也會(huì)增加，生物泡沫更易產(chǎn)生。有效延長(zhǎng)HRT，使得環(huán)境中沒(méi)有被完全氧化的有機(jī)物質(zhì)有足夠長(zhǎng)的時(shí)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(guò)度生長(zhǎng)。在實(shí)際運(yùn)行中，相關(guān)數(shù)據(jù)還需要實(shí)驗(yàn)摸索。

4.F/M

對(duì)于MBR而言，實(shí)驗(yàn)研究F/M過(guò)低更易引發(fā)污泥膨脹，實(shí)際運(yùn)行中過(guò)低的污泥負(fù)荷會(huì)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(jì)中，一般會(huì)在MBR池前端設(shè)置預(yù)處理裝置，以保證MBR進(jìn)水通過(guò)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(yíng)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(huì)導(dǎo)致絲狀菌競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)。所以及時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)水組分，一般情況下保持100∶5∶1的比例。針對(duì)工業(yè)廢水處理的來(lái)水成分復(fù)雜，濃度變化大，極易對(duì)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(duì)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(duì)于運(yùn)行工藝的參數(shù)控制，還需要在實(shí)際生產(chǎn)中分析導(dǎo)致絲狀菌過(guò)度繁殖的主要影響因素，重點(diǎn)控制，同時(shí)及時(shí)調(diào)整其他影響因素，才能有效控制絲狀菌過(guò)度繁殖，控制污泥膨脹，才能保證處理負(fù)荷及出水質(zhì)量。

（二）應(yīng)急處理措施

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(shí)降低EPS濃度，減少生物泡沫的產(chǎn)生。不過(guò)PAC的選擇和投加濃度也要考慮對(duì)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(duì)膜組件的影響，例如含有硅的消泡劑對(duì)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(huì)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(shí)避免傷害非絲狀菌。總之應(yīng)急處理措施僅是短時(shí)間控制，還是要從影響因素上通過(guò)工藝參數(shù)控制才能從根本上解決問(wèn)題。