陜西某紙廠以廢紙為主要原料，采用浮選脫墨工藝生產文化用紙和生活用紙。該廠污水采用射流曝氣改良式氧化溝工藝處理，于2011 年10 月通過國家環保部門驗收。2012 年7 月系統發生污泥膨脹。活性污泥法雖廣泛應用于生活污水和工業廢水的處理，但污泥膨脹是一直困擾人們的難題。引起污泥膨脹的原因復雜多變，如溫度過高、pH 偏低、溶解氧不足、營養元素失衡和負荷過低等〔1〕。筆者就該紙廠污泥膨脹的實例，分析了引起膨脹的幾點原因，并對控制污泥膨脹提出了幾項措施。
1 工藝概況
該紙廠生產能力可達300 t/d，全廠每日產生廢水總量為10 000 m3，經系統處理后達標排放。設計進水和出水水質見表 1，工藝流程如圖 1 所示。
圖 1 污水處理工藝流程
2污泥膨脹現象
曝氣池內污泥顏色變深，產生大量泡沫，嚴重時泡沫高度可達1.5 m，覆蓋整個池面。泡沫在陽光下帶有彩色，并有一定黏性，帶出大量活性污泥，曝氣停止時液面有一層棕褐色浮渣。二沉池有細小污泥絮體不斷外漂，出水水質惡化。從系統指標看SV30 最高達93%，MLSS 為3 100 mg/L，SVI 增至300 mL/g。在顯微鏡下觀察整個視野大多數為絲狀菌，菌膠團被絲狀菌包裹，污泥很散不成團，鐘蟲和累枝蟲等常見活性污泥類原生動物數量明顯減少，草履蟲和表殼蟲等非活性污泥類原生動物明顯增多。這些現象表明曝氣池活性污泥發生絲狀菌膨脹。
3 原因分析
3.1 溫度
進入活性污泥系統的原水水溫很重要，是提高系統處理效率的前提。因為污泥菌膠團中的微生物需要一個合適的溫度環境，一般在15～35 ℃，當超過35 ℃時絲狀菌的繁殖將大大高于菌膠團的繁殖速度和能力，從而易發生膨脹。由該廠的水溫數據記錄發現，進水水溫一直在正常范圍內，因此水溫不是造成絲狀菌膨脹的原因。
3.2 pH
pH 是系統的一個重要指標，當pH 出現波動時會直接影響污泥中微生物的正常生理活動，嚴重時會直接導致微生物死亡。污泥中菌膠團適宜的pH 范圍為6～8，而絲狀菌在4.5～6.5 就能較好地生長〔2〕。從記錄來看，進水pH 一直在7.0～8.0 之間，所以pH 也不是引起膨脹的原因。
3.3 營養鹽
廢紙造紙產生的脫墨污水成分單一，缺乏微生物需要的N、P 等元素，所以系統運行時要向曝氣池投加N、P 元素，投加比例為m（BOD）∶m（N）∶m（P）= 100∶5∶1。工程從調試運行開始一直按照比例投加營養鹽，可見營養鹽的投加不是引起污泥膨脹的原因。
3.4 溶解氧（DO）
對于氧的要求，絲狀菌與菌膠團區別明顯。菌膠團要求有較多的氧（至少在0.5 mg/L 以上），而絲狀菌在微氧環境中也能很好地繁殖。該工程采用的曝氣系統為供氣式低壓射流曝氣，曝氣效果良好。根據數據記錄看曝氣池的DO 一直在1.5～3.0 mg/L，處于良好狀態，所以DO 不是引起膨脹的原因。
3.5 食微比（F/M）
污泥負荷（食微比）是指單位質量的活性污泥在單位時間內去除污染物的質量。在微生物代謝方面的含義就是F/M 比值，即kg BOD5/（kgMLSS·d）〔3〕。根據定義可知活性污泥的數量取決于進水有機物的濃度，有多少食物就可以養多少微生物，食微比過高或者過低都會對活性污泥造成不良影響。對于氧化溝工藝，食微比應控制在0.03～0.05 kg/（kg·d）。對最近兩個月的數據進行抽樣計算，發現最近一段時間 F/M 較低，見圖 2。
圖 2 食微比變化情況
結合數據通過現場調查發現，該紙廠從5 月開始對某分廠進行整改，導致廢水總量減少。而污水處理廠因排泥管道問題沒有及時排放曝氣池剩余污泥，污泥濃度過高。廢水少、污泥濃度高導致了食微比長時間處于較低狀態，從而引發此次污泥膨脹。
3.6 泡沫
泡沫是水體黏度增高所導致的，導致黏度升高的原因主要有水體有機物含量過高、曝氣池污泥老化、絲狀菌膨脹和進水富含洗滌劑或表面活性劑等。結合數據記錄來看，進曝氣池的污水有機物濃度一直在正常范圍內。絲狀菌膨脹導致泡沫沒有疑問，但根據泡沫的表觀分析（一定的黏性和在陽光下帶有彩色）還有其他原因。經過現場各環節調查發現，在微氣浮處理階段需加入一定量的PAM，由于最近一段時間廢水量減少，導致水中剩余的PAM 增多；PAM 是一種線型高分子聚合物，進入曝氣池后經過曝氣剪切大分子被打斷形成大量泡沫。因此絲狀菌膨脹和氣浮投加PAM 過量共同導致了泡沫問題，而大量泡沫又加劇了污泥絲狀菌膨脹。
4 解決措施及效果
分析此次污泥膨脹的原因后，自7 月3 日起采取以下措施。
（1）對氣浮設備做相應調整，調整氣浮溶氣壓力以減小氣浮溶氣水中的溶氣量，在現場做小樣，根據實驗結果調整加藥流量，減小氣浮加PAM 量。
（2）因為泡沫問題比較常見，從長遠考慮在曝氣池邊緣一圈安裝噴水噴頭，噴水能及時有效地減少泡沫，保證曝氣效果，防止活性污泥流失，從而保證系統的正常運行。
（3）增加生產線提高廢水總量，加大曝氣池剩余污泥的排放量，根據該系統目前的情況將MLSS 保持在2 000 mg/L 左右即可，從而提高食微比。增大污泥的回流比，減少污泥在二沉池的停留時間，避免絲狀菌的環境優勢增殖。
（4）按比例加入工業淀粉。淀粉能起到很好的絮凝效果，而且淀粉是微生物很好的碳源，這樣在增加污泥沉降效果的同時又提高了食微比，可以快速有效地抑制膨脹，改善污泥狀況，但成本較高。
采取以上措施一段時間后，進曝氣池的污水黏度減小，曝氣池內泡沫明顯減少，不再覆蓋整個池面，MLSS 降低，污泥沉降性能變好，二沉池出水明顯改善，污泥膨脹基本得到控制。截至7 月20 日， MLSS 為2 100 mg/L，二沉池出水COD 下降到60 mg/L 左右。圖 3 為7 月5 日到7 月20 日的SVI 和F/M 變化情況。
圖 3 SVI 和F/M 的變化情況 具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
5 結語
引起污泥膨脹的原因比較復雜和多樣化。此次膨脹情況比較特殊，筆者認為食微比過低和過量 PAM 引起的泡沫引發和加劇了此次污泥膨脹。建議污水廠相關人員要靈活掌握相關指標的含義，根據實際情況作出及時調整，才能保證系統的正常運行。
