MBR膜处理系统污泥膨胀发泡原因分析及处理措施

四川泸天化环保科技股份有限公司 史蓓，张建春

西南地区某企业采用MBR膜生物反应器为核心的处理系统，处理工业生产过程中产生的含有高分子、环状、醇类、酚类等污染物的工业废水。设计处理能力120m3/h。该处理系统具有出水水质好，耐冲击、运行稳定等优点。自2011年投入运行至今，处理效果稳定，不仅有效解决该企业生产中产生的工业废水，还在确保处理效果的前提下，外接部分油气田开采废水处理，极大提高了装置的使用效率，也为企业创造了直接经济效益。但是在运行中发现每一年的春秋季节，气温大幅变化的过程中，极易发生系统污泥膨胀发泡现象，产生大量生物泡沫，严重时会从池中膨胀溢出，如遇风力较大的天气，还会被风四处吹洒，（如图1、图2、图3）严重影响装置及周边卫生情况。同时也对系统处理负荷造成一定影响。针对此现象分析如图1、图2、图3：

图1 存在丝状菌大量出现的情况严重泡沫情况

图2 泡沫情况胞外代谢物

图3 MBR膜池MBR膜组件

一、产生原因

相关文献表明，在膜生物反应器内，由于丝状菌大量繁殖引发的污泥膨胀会加速膜污染，使得反应器中产生大量生物泡沫，同时对膜组件造成损害。主要表现过程是由于丝状菌大量繁殖，截留污水中的纤维状菌体等物质，在膜表面形成无孔不透水的滤饼层，加快膜通量降低速度，甚至封堵膜组件，同时水体中的大量丝状菌极易形成网格，阻碍污泥颗粒的沉降，引发污泥膨胀，这种现状在生化处理系统中大量存在。

我们知道丝状菌在活性污泥中的不可替代性，由于丝状菌本身具有较强的氧化分解有机物能力，自身就具有一定的净化作用。同时丝状菌的交叉穿织作用有利于菌胶团骨架的形成，其网状絮体形态也可过滤吸附水体中的游离细菌。但是有利的作用是要在丝状菌与菌胶团之间达成稳定合理的平衡状态。如果丝状菌过度繁殖，由于丝状菌对环境要求低，其生存能力、繁殖能力和耐受能力均强于菌胶团，势必会大量夺取生存条件，导致菌胶团因抢夺不到营养物质和溶解氧而破碎瓦解，最后导致系统崩溃。

丝状菌污泥膨胀实质上就是丝状菌和菌胶团优势竞争并获胜出的结果。一方面丝状菌大量繁殖占据有效局面，另一方面丝状菌分泌出的胞外聚合物（EPS）具有低电位、高粘度、高疏水性，极易彼此粘结形成大量生物泡沫，尤其是在污泥膨胀情况下，加之鼓风系统的作用，更是加剧了生物泡沫的形成。

二、影响因素

就污泥膨胀产生原因分析，丝状菌的过度生长繁殖是主要因素。实际上，丝状菌具有环境要求低，繁殖力强，低营养情况下生存能力强，低溶解氧情况下抢夺氧的能力更强等诸多优势。那么在实际系统运行中，有哪些具体的操作条件会对其产生较大影响，以具有一定抑制作用。

（一）污泥负荷F/M

由于丝状菌的生存能力强于菌胶团，所以在低基质浓度条件下，具有更高的增长速率，也就是说当污泥负荷低的情况下，更易发生污泥膨胀，但是当污泥负荷高的时候，也会发生污泥膨胀呢，究其原因，主要是由于对于条件下的溶解氧（DO）浓度低导致，原因在于丝状菌的夺氧能力大于菌胶团。

实际运行中就出现过因现场装置检修，导致进水负荷过低，从而引起污泥膨胀事故，及时补充投加碳源恢复运行。

（二）溶解氧

由于丝状菌据具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数。所以在供氧不足的情况下更易占据优势地位，溶解氧偏低会造成丝状菌大量繁殖导致污泥膨胀。

实际生产中这类现象比较容易出现，一般情况是前端装置故障置换清洗或系统泄露，导致高浓度原料或产品、中间体等组分进入污水收纳管网，到了污水处理装置这里就表现为进水浓度异常升高，污染因子种类或含量大幅变化，由于过高污染物代谢需要消耗更多溶解氧，从而导致系统中溶解氧不足。

（三）温度与PH

一般专业书中仅提到适宜温度在15-35℃，但是并未详细区分丝状菌与菌胶团，在一些相关资料中有研究表明温度对丝状菌的影响显著，丝状菌最适宜温度约为25℃，低温有利于它生长，当温度大于35℃后基本停止生长。这也就说明为何会在每年的春秋季节交替的时候爆发大量生物泡沫。至于PH，最适宜为7.6-8，较低有利于丝状菌生长，一般运行环境都能达到。

（四）废水组份

废水中易降解的有机组分高时，例如低分子量的烃类、糖类等，容易引起污泥膨胀。如果碳源过高，N、P营养物质比例不足时，由于丝状菌对N、P有更强的亲和力，也易导致营养缺乏型污泥膨胀。

三、处理措施

根据原因以及影响因素分析，在实际生产中可以从工艺操作方面控制使得在生物反应器中丝状菌与菌胶团达到合理平衡状态，而不是占据主导地位导致系统失控。

（一）工艺控制

1.SRT

因丝状菌的繁殖速率快，当污泥泥龄过长时，丝状菌就会大量繁殖，所以有效控制污泥泥龄，可以及时排除大量丝状菌。当发现丝状菌异常增多时，应适当增大排泥量，及时排走过量丝状菌。但是MBR的核心就是污泥浓度高，泥龄一般会较高。实际控制中需要进一步摸索适宜的泥龄。

2.HRT

当水力停留时间过低时，有利于丝状菌的繁殖，同时造成EPS增加，污泥的粘度也会增加，生物泡沫更易产生。有效延长HRT，使得环境中没有被完全氧化的有机物质有足够长的时间消解。

3.DO

有研究表明，膜生物反应器中，低DO和低污泥负荷共同作用可导致丝状菌污泥膨胀。一般情况下当DO在2.0mg/l，有机负荷0.5kg/kg.d情况下，可以有效控制丝状菌过度生长。在实际运行中，相关数据还需要实验摸索。

4.F/M

对于MBR而言，实验研究F/M过低更易引发污泥膨胀，实际运行中过低的污泥负荷会造成资源浪费，也不利于N、P的去除。当F/M＞0.4kg/kg.d，可以有效控制污泥膨胀，但是应该注意进水组份中避免有油脂类物质。有效的系统工艺设计中，一般会在MBR池前端设置预处理装置，以保证MBR进水通过预处理出去含有油脂类物质，控制由此导致的生物泡沫。

5.废水营养组份

适宜的C∶N∶P是有效控制丝状菌繁殖的手段。由于N、P组份的不足，会导致丝状菌竞争力增强。所以及时调节进水组分，一般情况下保持100∶5∶1的比例。针对工业废水处理的来水成分复杂，浓度变化大，极易对生活系统形成冲击，要充分考虑设置进水预处理系统。在前端生产系统中，注意对排放废水中的有效游弋组分尽可能回收再利用，一方面降低废水处理难度和处理成本，另一方面也提高主装置原料利用率，节约产品生产成本。

对于运行工艺的参数控制，还需要在实际生产中分析导致丝状菌过度繁殖的主要影响因素，重点控制，同时及时调整其他影响因素，才能有效控制丝状菌过度繁殖，控制污泥膨胀，才能保证处理负荷及出水质量。

（二）应急处理措施

如果已经发生污泥膨胀，产生大量生物泡沫的情况下，应急可以采用投加活性炭粉末（PAC），减少污泥层污染的阻力，同时降低EPS浓度，减少生物泡沫的产生。不过PAC的选择和投加浓度也要考虑对膜组件的影响。

也可以采用投加消泡剂和水力喷洒方式控制，消泡剂的选择也要注意对膜组件的影响，例如含有硅的消泡剂对于某一类材质的膜丝，容易造成表面结垢硬化，堵塞孔径，影响膜通量；水力喷洒还是比较有效，会增加运行成本。

另外还可以采用投加混凝剂、絮凝剂等物质解决，此类方式形成较大絮体，但是在曝气水力切割情况下，絮体极易遭到破坏而粉碎，反而不利于污泥沉降。

至于投加抑制剂等化学物质，要考虑抑制丝状菌，同时避免伤害非丝状菌。总之应急处理措施仅是短时间控制，还是要从影响因素上通过工艺参数控制才能从根本上解决问题。