摘    要: 溶解氧(yang)（DO）濃(nong)(nong)度是影響絲(si)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)菌(jun)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)最重要的(de)(de)因素之一(yi)。選用(yong)具有代(dai)表(biao)(biao)性的(de)(de)啤酒廢水(shui)為處理對象，研究了SBR工藝中DO濃(nong)(nong)度對絲(si)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)菌(jun)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)影響。結果(guo)表(biao)(biao)明：高DO濃(nong)(nong)度（4～6.5mg/L）不會(hui)導致(zhi)絲(si)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)菌(jun)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)；低DO濃(nong)(nong)度能(neng)引起絲(si)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)菌(jun)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)，當(dang)DO濃(nong)(nong)度降低至(zhi).4mg/L時，SVI升高到210mL/g，會(hui)導致(zhi)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)發生。低DO濃(nong)(nong)度下(xia)污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)發生后，在(zai)較高的(de)(de)DO濃(nong)(nong)度條件(jian)下(xia)運行(xing)一(yi)定(ding)的(de)(de)周期數后，污泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)(zhang)能(neng)得到有效控制，使污泥(ni)(ni)(ni)沉(chen)降性能(neng)恢(hui)復(fu)到正常水(shui)平。

關鍵詞:絲狀菌污泥(ni)膨脹;SBR法;啤酒(jiu)廢水;DO;SVI

活性污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)法(fa)自從問世(shi)以來，絲(si)狀菌(jun)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)（以下(xia)簡稱污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)）一直是(shi)(shi)困擾污(wu)(wu)(wu)(wu)水處理(li)廠運行(xing)管(guan)理(li)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)難題之一。污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)發生膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)后不(bu)僅會導致(zhi)(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)流失、出水水質惡化等現(xian)象(xiang)，而且一旦發生就難以控制(zhi)和恢復。近幾十(shi)年(nian)來，國(guo)外在污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)機理(li)與(yu)控制(zhi)方面做了(le)很(hen)多研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)，取得了(le)較大進(jin)展[1]，尤其是(shi)(shi)在絲(si)狀菌(jun)的(de)(de)(de)分離與(yu)種類鑒(jian)定上取得了(le)豐碩的(de)(de)(de)成果(guo)(guo)[2-3]。目前國(guo)內有(you)通過投加藥劑及調控影響(xiang)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)因子(zi)來控制(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)報道(dao)[4-5]，也(ye)有(you)學(xue)者從活性污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)結(jie)構、生物(wu)(wu)種群及生物(wu)(wu)反應動力學(xue)等方面進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)[6-8]。根據研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)成果(guo)(guo)，能夠導致(zhi)(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)因素(su)有(you)很(hen)多，如污(wu)(wu)(wu)(wu)水種類、污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)負(fu)荷、溶(rong)解(jie)氧(yang)濃度(du)(du)、pH值、氮磷營(ying)養物(wu)(wu)等等[9]，其中(zhong)(zhong)(zhong)曝(pu)氣(qi)池(chi)混(hun)合液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)溶(rong)解(jie)氧(yang)（DO）濃度(du)(du)是(shi)(shi)最重要的(de)(de)(de)因素(su)之一。國(guo)內由于溶(rong)解(jie)氧(yang)濃度(du)(du)不(bu)足(zu)造成的(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)現(xian)象(xiang)時(shi)有(you)發生[10-11]。國(guo)外有(you)關DO濃度(du)(du)對(dui)絲(si)狀菌(jun)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)影響(xiang)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)報道(dao)中(zhong)(zhong)(zhong)，得出的(de)(de)(de)結(jie)論(lun)也(ye)不(bu)盡一致(zhi)(zhi)。Sezgin等人的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)發現(xian)，曝(pu)氣(qi)池(chi)混(hun)合液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)DO濃度(du)(du)小于1.0mg/L時(shi)會引起(qi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)[12]；德國(guo)一研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)小組則認為(wei)，曝(pu)氣(qi)池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)DO濃度(du)(du)小于2.0mg/L時(shi)就會導致(zhi)(zhi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)；Benefield等人報道(dao)，高DO濃度(du)(du)會引起(qi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)[13]；Palm等人的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)結(jie)果(guo)(guo)表明，引起(qi)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)的(de)(de)(de)DO臨界值與(yu)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)負(fu)荷有(you)關，只要溶(rong)解(jie)氧(yang)成為(wei)限制(zhi)，任(ren)何條件下(xia)都可能發生污(wu)(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)[14]。

啤(pi)(pi)酒(jiu)廢(fei)水是一種(zhong)典型的(de)工業廢(fei)水，其處理設施在實際運行中常(chang)會發(fa)生污泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)。本文利用SBR能(neng)夠嚴格控制試驗條件(jian)的(de)特點，研究(jiu)探討了SBR法處理啤(pi)(pi)酒(jiu)廢(fei)水DO濃度對污泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)的(de)影響規律。

1 材料與方法

1.1 材料

試(shi)驗裝置及(ji)控制系統如圖1 所示。SBR反應(ying)(ying)器為(wei)(wei)圓柱型， 有(you)效(xiao)容(rong)積為(wei)(wei)38L，底部采用微孔曝(pu)氣頭， 外(wai)部纏(chan)有(you)電熱絲(si)并通過溫(wen)控儀控制反應(ying)(ying)器內為(wei)(wei)恒溫(wen)20℃，在線檢測溶解氧濃度。進水方式為(wei)(wei)一次性加注。

試驗中采用SBR工藝，可以嚴格(ge)地控制(zhi)試驗條(tiao)件，例如對進水底物(wu)濃(nong)度、起始污(wu)泥濃(nong)度、曝氣(qi)量及反應(ying)時間的控制(zhi)能做到非常精確。

在研究DO對(dui)污(wu)泥膨脹(zhang)影(ying)響(xiang)的(de)試(shi)驗(yan)中，對(dui)除DO以(yi)外的(de)其它能(neng)夠(gou)影(ying)響(xiang)污(wu)泥膨脹(zhang)的(de)因素(su)進行嚴格的(de)控制，使其不能(neng)成為導致(zhi)污(wu)泥膨脹(zhang)的(de)控制因素(su)。為此，在本試(shi)驗(yan)中：進水底物濃度為1000mg/L（CODCr）；BOD:N:P = 100:5:1；pH=6.5～8.5；MLSS = 2000mg/L。

1.2 方法

試(shi)驗過(guo)程中(zhong)，通過(guo)控制曝(pu)氣(qi)量，分別將反(fan)應器內污泥(ni)(ni)混合液的(de)(de)DO濃(nong)度(du)控制在高(gao)和低兩種條件下，考察運(yun)行過(guo)程中(zhong)活性污泥(ni)(ni)的(de)(de)沉降(jiang)性能(neng)及出水(shui)水(shui)質的(de)(de)變化。當污泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)發生后(hou)，調整污泥(ni)(ni)混合液的(de)(de)DO濃(nong)度(du)，考察膨(peng)脹(zhang)污泥(ni)(ni)的(de)(de)沉降(jiang)性能(neng)恢(hui)復至正(zheng)常水(shui)平的(de)(de)可能(neng)性。

2 結果與討論

2.1 高DO濃(nong)度對污(wu)泥(ni)沉降(jiang)性能的(de)(de)(de)影(ying)響好氧曝(pu)氣池(chi)內混合液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)DO濃(nong)度一般認為(wei)控制(zhi)在(zai)2mg/L左右比(bi)較合適。為(wei)了(le)考(kao)察高DO濃(nong)度對污(wu)泥(ni)沉降(jiang)性能的(de)(de)(de)影(ying)響，試驗中(zhong)(zhong)控制(zhi)反應器DO濃(nong)度在(zai)4～6.5mg/L并運行(xing)相當(dang)長的(de)(de)(de)時間，試驗結果(guo)如(ru)圖(tu)2所示。從圖(tu)2中(zhong)(zhong)可以看出，在(zai)DO=4～5mg/L時，污(wu)泥(ni)體(ti)(ti)積指數(shu)（SVI）穩(wen)定在(zai)85mL/g左右，當(dang)DO達(da)到6.5mg/L時，SVI值反而略有下降(jiang)，并且此時的(de)(de)(de)上清(qing)液比(bi)較渾(hun)濁。這(zhe)表(biao)明在(zai)啤酒(jiu)廢水底物(wu)降(jiang)解(jie)過(guo)程中(zhong)(zhong)，高DO濃(nong)度并不利于絲狀菌繁殖，由于污(wu)泥(ni)中(zhong)(zhong)絲狀菌較少，使其絮體(ti)(ti)松散、脆(cui)弱，在(zai)較大的(de)(de)(de)曝(pu)氣量下，被分(fen)裂成為(wei)細小零碎的(de)(de)(de)絮體(ti)(ti)，導致上清(qing)液渾(hun)濁。

2.2 低DO濃度下的(de)SVI變(bian)化(hua)規律

為了考察(cha)低(di)(di)DO濃(nong)度(du)對活性污(wu)泥(ni)沉降(jiang)性能的影(ying)響，在不同(tong)低(di)(di)DO濃(nong)度(du)（DO=0.2～1.6mg/L）下進(jin)行了大量試驗(yan)，圖3是DO濃(nong)度(du)從(cong)1.6mg/L逐(zhu)漸降(jiang)低(di)(di)時(shi)SVI的變(bian)化情況。試驗(yan)結果表明，反應過程中，DO濃(nong)度(du)低(di)(di)時(shi)能改(gai)變(bian)污(wu)泥(ni)沉降(jiang)性能而引發(fa)污(wu)泥(ni)膨脹。在本試驗(yan)條(tiao)件(jian)下，當(dang)DO濃(nong)度(du)降(jiang)低(di)(di)至0.4mg/L時(shi)，SVI升高(gao)至210mL/g左(zuo)右(you)，導致污(wu)泥(ni)膨脹發(fa)生。在此(ci)之后，又(you)進(jin)一(yi)步降(jiang)低(di)(di)DO濃(nong)度(du)，結果污(wu)泥(ni)膨脹進(jin)一(yi)步加(jia)劇。

由(you)以(yi)上(shang)的(de)試驗(yan)結果可以(yi)看出，反(fan)應過(guo)程中溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)濃度(du)(du)低時(shi)能夠導致(zhi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹的(de)發生(sheng)(sheng)。對由(you)于(yu)(yu)反(fan)應器混合液中溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)的(de)缺(que)乏而(er)引起的(de)絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹，可稱之為低溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹。低溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)導致(zhi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹的(de)原因是(shi)由(you)于(yu)(yu)在(zai)低溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)條件下絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)的(de)過(guo)度(du)(du)繁殖引起的(de)，這可以(yi)從微(wei)生(sheng)(sheng)物生(sheng)(sheng)長(chang)動力(li)學上(shang)進行解(jie)釋。Chudoba、Chieas等人認為[15-16]，絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)具有(you)低的(de)最(zui)大(da)比生(sheng)(sheng)長(chang)速(su)率(lv)µmax和(he)飽和(he)常(chang)數Ks，在(zai)碳(tan)源基質濃度(du)(du)很(hen)低時(shi)具有(you)高(gao)的(de)生(sheng)(sheng)長(chang)速(su)率(lv)，而(er)菌(jun)(jun)(jun)膠團細菌(jun)(jun)(jun)具有(you)較高(gao)的(de)µmax和(he)Ks值，當碳(tan)源濃度(du)(du)較高(gao)時(shi)具有(you)高(gao)的(de)生(sheng)(sheng)長(chang)速(su)率(lv)，這個理論很(hen)好地(di)解(jie)釋了低污(wu)(wu)泥(ni)(ni)負(fu)荷容(rong)易(yi)導致(zhi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹的(de)原因。然而(er)，絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)和(he)菌(jun)(jun)(jun)膠團細菌(jun)(jun)(jun)對溶(rong)(rong)解(jie)性碳(tan)源基質的(de)競爭規律也適用于(yu)(yu)溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)，即(ji)在(zai)低溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)條件下，絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)在(zai)對溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)(yang)的(de)競爭中獲得優勢(shi)而(er)優先增長(chang)，從而(er)最(zui)終導致(zhi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)過(guo)度(du)(du)繁殖而(er)發生(sheng)(sheng)絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹。在(zai)本試驗(yan)中，當DO濃度(du)(du)降低到0.4 mg/L時(shi)，活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)的(de)生(sheng)(sheng)長(chang)速(su)率(lv)高(gao)于(yu)(yu)菌(jun)(jun)(jun)膠團而(er)占優，最(zui)終導致(zhi)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中絲(si)(si)狀菌(jun)(jun)(jun)過(guo)度(du)(du)繁殖而(er)產生(sheng)(sheng)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹。

2.3 不同SVI值(zhi)下出水中(zhong)COD及SS的變化

圖4是在(zai)DO為(wei)2.0mg/L的(de)(de)條件下，反應器(qi)內污(wu)泥(ni)(ni)(ni)膨脹程度不同時(shi)出(chu)水COD及SS變化(hua)(hua)情況。可以看出(chu)，當(dang)(dang)隨著(zhu)SVI值(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)增大，出(chu)水COD及SS值(zhi)(zhi)(zhi)下降，這表明(ming)絲(si)狀(zhuang)菌(jun)在(zai)活性污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)構成(cheng)(cheng)中(zhong)起到相當(dang)(dang)重(zhong)要的(de)(de)作用。當(dang)(dang)活性污(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)絲(si)狀(zhuang)菌(jun)很少時(shi)，污(wu)泥(ni)(ni)(ni)絮(xu)體(ti)較(jiao)小且松散，界層沉(chen)速(su)較(jiao)快，SVI值(zhi)(zhi)(zhi)低(di)，上清(qing)(qing)液(ye)卻渾濁。當(dang)(dang)絲(si)狀(zhuang)菌(jun)在(zai)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)含量較(jiao)高(gao)時(shi)，形成(cheng)(cheng)的(de)(de)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)絮(xu)體(ti)較(jiao)大且密(mi)實(shi)(shi)，上清(qing)(qing)液(ye)清(qing)(qing)澈，SS值(zhi)(zhi)(zhi)較(jiao)低(di)。另外，由于菌(jun)膠(jiao)團(tuan)與絲(si)狀(zhuang)菌(jun)具有不同的(de)(de)µmax和(he)Ks值(zhi)(zhi)(zhi)，使絲(si)狀(zhuang)菌(jun)與菌(jun)膠(jiao)團(tuan)共生系統具有高(gao)的(de)(de)凈(jing)化(hua)(hua)能力(li)。本試驗中(zhong)，當(dang)(dang)SVI值(zhi)(zhi)(zhi)達(da)到160mL/g時(shi)，出(chu)水中(zhong)COD及SS值(zhi)(zhi)(zhi)分別從117mL/g和(he)16mL/g降低(di)至102mL/g和(he)10mL/g。但(dan)是，如果絲(si)狀(zhuang)菌(jun)過(guo)多，會影響污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的(de)(de)沉(chen)降及壓實(shi)(shi)，使污(wu)泥(ni)(ni)(ni)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)SVI值(zhi)(zhi)(zhi)。因此，在(zai)實(shi)(shi)際運行中(zhong)如何對曝(pu)氣池進行環境(jing)調控，維(wei)持絲(si)狀(zhuang)菌(jun)在(zai)活性污(wu)泥(ni)(ni)(ni)中(zhong)合適(shi)的(de)(de)比例尤(you)為(wei)重(zhong)要。

2.4 膨(peng)脹污泥沉(chen)降(jiang)性能的恢復

當低溶解氧污(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)發(fa)生后，試驗(yan)中大幅度(du)(du)提(ti)高(gao)反(fan)應器混合液中的(de)DO值，并(bing)穩定運行相當長時間，污(wu)泥(ni)(ni)沉(chen)降(jiang)性(xing)能逐漸(jian)得以恢復。圖5為DO＝3mg/L的(de)條件下(xia)，膨(peng)脹(zhang)污(wu)泥(ni)(ni)SVI值從40mL/g逐漸(jian)降(jiang)低到85mL/g左(zuo)右(you)時的(de)試驗(yan)結果(guo)。可以看出，在較高(gao)的(de)DO濃(nong)度(du)(du)下(xia)，兩種廢水的(de)SVI值逐漸(jian)降(jiang)低至150mL/g以下(xia)。這(zhe)表明(ming)：在低溶解氧下(xia)污(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)發(fa)生后，通過提(ti)高(gao)DO濃(nong)度(du)(du)，可以控制污(wu)泥(ni)(ni)膨(peng)脹(zhang)，使(shi)污(wu)泥(ni)(ni)沉(chen)降(jiang)性(xing)能逐漸(jian)恢復到正常水平(ping)。

3 結論

（1）在(zai)啤(pi)酒廢水底物降解過(guo)程中，高DO濃度（4～6.5mg/L）不會導致絲狀(zhuang)菌污泥膨脹，但曝氣量過(guo)高會導致上清(qing)液濃度升(sheng)高。

（2）低溶(rong)解氧濃度能導(dao)致(zhi)(zhi)絲狀菌污泥(ni)膨(peng)脹(zhang)。在本試驗條(tiao)件(jian)下，溶(rong)解氧濃度降低到0.4mg/L時，SVI升高到210mL/g，導(dao)致(zhi)(zhi)污泥(ni)膨(peng)脹(zhang)發(fa)生。進一步降低溶(rong)解氧后，膨(peng)脹(zhang)程(cheng)度加劇。

（3）活性污泥中含(han)有相當量(liang)的(de)絲狀菌，能使出水中SS和COD濃度(du)降低。

（4）低DO濃度下污(wu)泥(ni)膨脹發生后，在較高的DO濃度條件下運行一定的周(zhou)期數后，污(wu)泥(ni)膨脹能得到(dao)有效控制(zhi)，使污(wu)泥(ni)沉降性(xing)能恢復到(dao)正常水平(ping)。

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