第３２卷 第２期 陕西科技大学学报 Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．２ ２０１４年４月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１４１０００‐５８１１（２０１４）０２‐００２６‐０５ 文章编号：
倡
低有机负荷对污泥膨胀及造纸
废水处理效果的影响
张安龙，张 雪，王 森
（陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西西安 ７１００２１）
摘 要：研究了低有机负荷废水引发的活性污泥丝状菌的膨胀，以及其对废水处理效果的影响，并通过调节废水有机负荷和运行方式来对污泥膨胀进行控制．实验结果表明，当混合液有易引发丝状菌污泥膨胀．当有机负荷为０．１８ｋｇ‐机负荷为０．０３ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ），
－１－１－１
ＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ）时，运行到第７天，ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ降至１０９ｍＬ・ｇ，ＣＯＤＣｒ去
－１
－１
－１
除率从４２．６７％上升至９０．０３％，丝状菌污泥膨胀得到基本控制；在调节有机负荷的同时，改变运行方式，当运行至第６天时，ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ降至９９ｍＬ・ｇ６７％上升至９１．５６％，丝状菌污泥膨胀亦得到基本控制．关键词：低有机负荷；污泥膨胀；造纸废水中图法分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ
，ＣＯＤＣｒ去除率从４２．
Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｎｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇ
ａｎｄｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ
ＺＨＡＮＧＡｎ‐ｌｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｅ，ＷＡＮＧＳｅｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰａｐｅｒｍａｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳｐｅｃｉａｌｔｙＰａｐｅｒ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｎａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇａｎｄｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇａｎｄｏｐ‐ｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｔｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｆ０．０３ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ＳＶＩｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３２５ｍＬ・ｇｔｏ１０９ｍＬ・ｇａｎｄｔｈｅ０．１８ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ），
ｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＣＯＤＣｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４２．６７％ｔｏ９０．０３％ａｔｔｈｅ７ｔｈｄａｙ；Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｔｔｈｅ
－１
－１
－１
ｄ）
－１
，ｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｃａｕｓｅｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇ；Ａｔｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｆ
ｓａｍｅｔｉｍｅｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｒｏｕｇｈｃｈａｎｇｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ＳＶＩｄｅｃｒｅａｓｅｄ
－１－１
ｆｒｏｍ３２５ｍＬ・ｇｔｏ９９ｍＬ・ｇａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＣＯＤＣｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４２．６７％ｔｏ９１．５６％ａｔｔｈｅ６ｔｈｄａｙ．Ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅｆｆｅｃ‐ｔｉｖｅｌｙ．
倡收稿日期：２０１４‐０１‐０９
基金项目：陕西省科技厅自然科学基础研究计划项目（２０１２ＪＱ２０２０）；陕西省教育厅专项科研计划项目（１１ＪＫ０９７６）；西安市科技局
产业技术创新计划项目（ＣＸ１２５９４）；大学生创新创业训练计划项目（２０１２１０７０８００８）
作者简介：张安龙（１９６２－），男，陕西延安人，教授，研究方向：工业废水及废弃物污染控制
第２期张安龙等：低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
・２７・
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ；ｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇ；ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ０ 引言
目前，关于污泥膨胀的研究指出，污泥负荷是
最重要的影响因素之一．这是因为在活性污泥法污水处理厂中，污泥负荷最容易随进水水质水量的变化而波动，导致其成为影响污泥膨胀的首要因［１，２］素．
过一个星期的培养驯化，ＳＶ３０下降至２７％，污泥沉
降性能良好，絮凝体紧密，ＣＯＤＣｒ去除率达到８８．３１％左右，测得的污泥浓度为２２０２ｍｇ／Ｌ，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，具体情况如图１～图３所示．
有机负荷反应了基质与微生物之间的供求关系，是影响污泥增长、污泥活性、有机物降解的重要因素之一Ｍ）是公认地引起污泥丝状菌增殖的主要原因．在污水厂运行中，低ＤＯ和低负荷（Ｆ／
［３］
，但在不同类型的反应器中出现污泥膨胀的原因和
控制措施其实不尽然相同［４‐６］
．本实验选用氧化沟作为反应器，通过调节有机负荷，来观察其对污泥丝状菌的影响．１ 实验部分１．１ 仪器和试剂
（１）主要仪器：氧化沟（３０Ｌ），恒流泵（ＢＴ１００‐０２型），ｐＨ计（ＰＨＳ‐３Ｃ型），
ＣＯＤ快速测定仪（５Ｂ‐６Ｃ型），溶氧计（ＪＰＢＪ‐６０８型），磁力搅拌器（Ｃ‐Ｍ型ＡＧＭ），高速离心机Ｓ１０‐Ｓ２５型（ＨＣ）‐３０１８，可见Ｒ分型光）光，多媒体电子显微度计（ＵＶ７２００镜（ＭＯＴＩＣ型）．
（２）主要试剂：浓硫酸（分析纯），考马斯亮蓝（Ｇ２５０），硫酸银（分析纯），重铬酸钾（分析纯）．１．２ 实验废水
本实验所用的废水取自陕西某造纸厂的混合废水，该厂主要利用麦草化学浆和废纸浆生产纸品，年产能为１０万吨左右．废水的主要指标如表１所示．
项目
ｐＨ
／（ｍｇ・ＣｒＬ－１
）／（ｍＬ总蛋白・ｇ－１）／（ｍｇ・ｍＬ－１）／（ｍｇ・ｈ－１）指标６．５１
１３１７
８８
０．０２３
０．８６０８
１．３ 污泥的培养与驯化
原始污泥取自西安市第五污水处理厂与造纸
厂回流污泥，二者的混合液加入氧化沟，使污泥浓度Ｐ４＝Ｍｍｇ３５０ＬＳＳ／Ｌ∶在［７‐９５］
∶３，随时调节１０００的比例加入氮ｍｇ／Ｌ左右ｐＨ，保证、磷，并根据ＣＯＤ∶Ｎ∶ｐ，Ｈ溶氧控制在为６．５～８２．５～
，开始培养驯化．
在驯化初期，污泥沉降比ＳＶ３０在４５％左右，经
图１ 大量累枝虫
图２ 轮虫
图３ 污泥絮
１．４ 实验方法
在研究污泥负荷对污泥膨胀的影响时，需对其它能够影响污泥膨胀的因素进行严格控制，使其不能成为污泥膨胀的影响因素．为此，在实验中进行如下设定：溶解氧浓度２～４ｍｇ／Ｌ；反应器进水中的Ｎ、Ｐ含量通过投加氯化铵和磷酸二氢钾来调节，并根据水中有机物浓度控制ＣＯＤ∶Ｎ∶Ｐ＝
３５０∶５∶１［１０‐１２］
；ｐＨ控制在６．
５～８．５；反应器内污
・２８・
第３２卷
泥浓度控制在２０００～２５００ｍｇ／Ｌ左右．
氧化沟运行状态与污泥活性一切良好，ＣＯＤ去除率达８０％以上，回流比７５％，蠕动泵连续运行，每小时进１．５Ｌ原水，ＨＲＴ＝１８小时，污泥龄１５天．
在实验中，使污泥负荷从高逐渐降低，观察不
［１３］
同负荷下的活性污泥的变化情况．２ 结果与讨论自造纸厂的回流污泥，显微镜观察发现其微生物的种类和数量较少，再采取第五污水处理厂的污泥，两者混合在一起驯化，控制污泥的浓度在２０００ｍｇ／Ｌ左右．显微镜观察发现大量的微型后生动物，污泥活性较高，ＣＯＤ的去除率在９０％左右，这个时候ＣＯＤ负荷在０．２６ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・－１ｄ）．
反应器不同，ＣＯＤ负荷的取值范围不同．查阅２．１ 显微镜图片
从图１可以看出，累枝虫正在生长，大量的累枝虫聚集在一起．钟虫和累枝虫都属于原生动物中的纤毛纲，固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜欢在寡污带中生活，钟虫类在β‐中污带中也能生活，累枝虫耐污能力较强．它们是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物．
图２为轮虫．轮虫属于微型后生动物，要求较高的溶解氧量，是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物．它们吞食游离细菌，所以可起到提高处理效果的作用．轮虫伸缩性越好，证明活性越好．较之其它污泥，该种污泥颜色偏黄且微生物含量较高．
图３为活性污泥性状良好时的污泥絮体［１４～１６］．２．２ 降低有机负荷对水质指标的影响２．２．１ 降低有机负荷对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响由图４可知，随着ＣＯＤ负荷的降低，ＳＶ３０成上升趋势；而ＳＶＩ值则随着负荷的降低呈规律性变化．随着负荷的降低，ＳＶＩ值缓慢升高，当负荷降低到一定程度后，即第４天开始，ＳＶＩ迅速升高，污泥发生膨胀．
图４ 降低有机负荷对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响２．２．２ 降低有机负荷对ＣＯＤ去除率的影响
ＣＯＤ负荷的降低是人为控制的．活性污泥来
文献可知ｋｇ，氧化沟的ＣＯＤ负荷一般在０．１～０．在０ＣＯＤ．２６／ｋｇｋｇＣＯＤＭＬＳＳ・（・ｋｇｄ之间ＭＬＳＳ，而本实验的反应器却
０５・ｄ）－１
时，ＣＯＤ的去除率高，污泥活性好．
在这个基础上，开始降低ＣＯＤ负荷．ＣＯＤ负荷的影响因素是进水ＣＯＤ和污泥浓度，考虑到取水困难的问题，所以选择降低ＣＯＤ值，在原水的基础上，通过计算确定ＣＯＤ的值，然后再确定稀释倍数．
从图５可以看出，ＣＯＤ负荷整体呈下降的趋势ＣＯＤ，因污泥浓度很难控制一个准确的数值，所以ＣＯＤ负荷在开始的时候没有呈现下降的趋势的变化的去除率在有机负荷降低的初期并没有明显．，是因为微生物对于新的环境需要一个适应的过程；从第三天往后，ＣＯＤ去除率开始有下降的趋势，这是因为保持污泥浓度在一定范围的同时，意味着微生物量控制在一定的范围．这个时候，进水ＣＯＤ降低，微生物的食物减少，势必让一部分微生物进入衰退期，其数量开始下降，原因是进水中的营养物质已经不足以维持其中的微生物继续生存，并由于营养物质的减少和自身副产物的增加而不断消亡．
丝状菌对于这样的生存环境，有着自身的优势．环境越恶劣，它较其它微生物越有优势，它的菌丝可以伸出菌胶团的外部，较大的比表面积，更容易吸收营养物质，这样的环境促进了丝状菌的生长．对于该造纸厂的废水而言，当ＣＯＤ负荷降低
ＳＶＩ到０为．０３３２５ｋｇＣＯＤｍＬ・・ｇ（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ）－１
、ＳＶ３０为６７％、
－１
时，丝状菌开始大量生长，此
时的ＣＯＤ去除率只有４２．６７％．２．２．３ 降低有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响
从图６中可以看出，总蛋白的波动比较大，但整体趋势是下降到第６天后又上升．总蛋白和微生物的量有关，而微生物的量又和污泥的多少有关，且和测定总蛋白的方法有关．因为系统是连续运行的半自动化，所以对于污泥浓度ＭＬＳＳ的控制没有那么精准，在第五天到第六天时，总蛋白最少，因
第２期张安龙等：低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
・２９・
到第７天时，ＳＶ３０为２２％，可见对于因有机负荷过
低而引发的污泥丝状膨胀，通过单纯地调节有机负荷也是有效果的，污泥丝状膨胀得到了治理；ＳＶＩ、ＳＶ３０和污泥浓度ＭＬＳＳ有关，控制污泥浓度在一定范围内，波动较小，所以ＳＶ３０的下降直接影响到ＳＶＩ，亦呈下降趋势，到第５天开始，ＳＶＩ进入正常
－１
范围内，到第７天时，由之前的３２５ｍＬ・ｇ降至
图５ 降低有机负荷对ＣＯＤ去除率的影响为此时的污泥浓度是这个时期最小的，而第３天往
后，微生物的活性正在降低，丝状菌开始生长，第６天开始，补充污泥到定量，加之丝状菌开始大量繁殖，故微生物的总蛋白又呈上升趋势．
ＳＯ比好氧速率受微生物的量和污泥浓度的影响天都有略微减少ＵＲ整体呈下降趋势，到第５．Ｍ天和第ＬＳＳ在运行开始后的每
，６天减少得最多，
所以此时ＳＯＵＲ下降到０．５６４５和０．５７７５；从第３天开始，丝状菌呈增长趋势，微型后生动物（线虫、轮虫、钟虫、累枝虫、浮游甲壳虫）开始减少，取而代之的是丝状菌．ＳＯＵＲ测试结果表明，物种丰富、处理效果好时，此时的比好氧速率远大于丝状菌大量繁殖时的比好氧速率．可见，微生物浓度是影响比好氧速率的关键．
图６ 降低有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响２．３ 控制污泥膨胀方法
２．３．１ 提高有机负荷方式
为观察提高有机负荷后对之前引起的丝状膨胀的治理效果，现单纯提高有机负荷，运行反应器，观察微生物的生长情况及去除率的影响，情况如图７～图８所示．
从图７中可以看出，从提高有机负荷开始，污泥ＳＶ３０持续下降，到第５天，ＳＶ３０下降变缓，运行
１０９ｍＬ・ｇ－１
，污泥膨胀得到控制．
图７ 提高有机负荷治理丝状菌
从图８中可以看出，随着有机负荷的提高，第
五天ｄ时），当有机负荷为０．１８ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・－１
时，
ＣＯＤ去除率达到了８０．６６％，到第７天，ＣＯＤ去除率由４２．６７％上升到９０．０３％．这说明该微生物群同样适用于这样的情况：当基质浓度增大，菌胶团的生长速度远大于丝状菌，丝状菌膨胀得到了抑制．
从图９中可以看出，总蛋白的生长呈上升趋势．当增加有机负荷时，能促使微生物生长，微生物开始生长，总蛋白就会增加；比好氧速率ＳＯＵＲ在开始的４天，可以看到其变化比较小．微生物在初期生长的时候，活性没那么高，处于适应期，因为环境改变，在原有微生物的基础上不能适应就会死亡，适应之后，就是微生物成对数增长的阶段，这时的比好氧速率ＳＯＵＲ快速增长，微生物活性高．当单纯只提高有机负荷时，丝状膨胀得到控制共用时７天．２．３．２ 提高有机负荷同时改变运行方式
制定的方案和之前仅提高有机负荷时的数据相同，但增大回流比为１００％．调整回流比，将影响着好氧微生物的生存条件，从而影响对有机物的去除率．一般来说，污泥膨胀时加大回流比，适当缩短厌氧反应时间，有利于好氧生物的生长繁殖，改善污泥沉降性能．同时，排泥量增加为之前的１．５倍．
从图１０～图１１中可以看出，在前３天，ＳＶ３０
和ＳＶＩ下降较快，到第５及第６天时，趋于平稳．
・３０・
第３２卷
图８ 提高有机负荷对去除率的影响
图９ 提高有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响可见，增大排泥量和回流量，在前３天可以迅速抑
制污泥丝状膨胀．从第５天开始，微生物生长趋于稳定．当第６天时，ＳＶ３０为２０％、ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ－１
降至９９ｍＬ・ｇ－１
，ＣＯＤ的去除率从４２．６７％上升至９１．５６％，相比只单纯提高有机负荷时，这种协同方式可以较快抑制丝状膨胀．
图１０ 同时改变有机负荷和运行方式
对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响从图１２可以看出，在改变有机负荷的同时增大排泥量和回流量，对总蛋白和ＳＯＵＲ会有较大影响．这是因为增大排泥量，减少了微生物的量，从第３天开始微生物的量有所回升，并逐渐增大，总蛋白的量增多，证明微生物的量变大．比好氧速率
图１１ 同时改变有机负荷和运行方式
对ＣＯＤ去除率的影响ＳＯＵＲ的增大，说明微生物活性高．
图１２ 同时改变有机负荷和运行方式
对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响３ 结论
（１）活性污泥在低有机负荷下易发生膨胀．低负荷下，ＤＯ成为微生物增殖的限制因素，空气量和ＭＬＳＳ浓度基本不变时，有机负荷降低必然引起ＤＯ的过量．充足的氧气有利于微生物生长，但是进水的基质浓度过低，会导致微生物加速进入衰亡期，进行内源呼吸，这时可通过减少空气量或减小ＭＬＳＳ浓度（即减小ＳＯＵＲ）来提高ＤＯ浓度，使污泥的膨胀得到控制与恢复．
（２）综合比较，改变有机负荷的同时，增大排泥量为原来的１．５倍，回流量变为１００％，和仅提高有机负荷相比，能更快地抑制污泥的丝状膨胀．参考文献
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低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张安龙， 张雪， 王森， ZHANG An-long， ZHANG Xue， WANG Sen
陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室,陕西西安,710021
陕西科技大学学报（自然科学版）
Journal of Shaanxi University of Science and Technology (Natural ScienceEdition)2014(2)
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第３２卷 第２期 陕西科技大学学报 Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．２ ２０１４年４月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１４１０００‐５８１１（２０１４）０２‐００２６‐０５ 文章编号：
倡
低有机负荷对污泥膨胀及造纸
废水处理效果的影响
张安龙，张 雪，王 森
（陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西西安 ７１００２１）
摘 要：研究了低有机负荷废水引发的活性污泥丝状菌的膨胀，以及其对废水处理效果的影响，并通过调节废水有机负荷和运行方式来对污泥膨胀进行控制．实验结果表明，当混合液有易引发丝状菌污泥膨胀．当有机负荷为０．１８ｋｇ‐机负荷为０．０３ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ），
－１－１－１
ＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ）时，运行到第７天，ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ降至１０９ｍＬ・ｇ，ＣＯＤＣｒ去
－１
－１
－１
除率从４２．６７％上升至９０．０３％，丝状菌污泥膨胀得到基本控制；在调节有机负荷的同时，改变运行方式，当运行至第６天时，ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ降至９９ｍＬ・ｇ６７％上升至９１．５６％，丝状菌污泥膨胀亦得到基本控制．关键词：低有机负荷；污泥膨胀；造纸废水中图法分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ
，ＣＯＤＣｒ去除率从４２．
Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｎｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇ
ａｎｄｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ
ＺＨＡＮＧＡｎ‐ｌｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｅ，ＷＡＮＧＳｅｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰａｐｅｒｍａｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳｐｅｃｉａｌｔｙＰａｐｅｒ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｎａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇａｎｄｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇａｎｄｏｐ‐ｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｔｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｆ０．０３ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ＳＶＩｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３２５ｍＬ・ｇｔｏ１０９ｍＬ・ｇａｎｄｔｈｅ０．１８ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ），
ｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＣＯＤＣｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４２．６７％ｔｏ９０．０３％ａｔｔｈｅ７ｔｈｄａｙ；Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｔｔｈｅ
－１
－１
－１
ｄ）
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，ｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｃａｕｓｅｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇ；Ａｔｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｏｆ
ｓａｍｅｔｉｍｅｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｒｏｕｇｈｃｈａｎｇｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ＳＶＩｄｅｃｒｅａｓｅｄ
－１－１
ｆｒｏｍ３２５ｍＬ・ｇｔｏ９９ｍＬ・ｇａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＣＯＤＣｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４２．６７％ｔｏ９１．５６％ａｔｔｈｅ６ｔｈｄａｙ．Ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅｆｆｅｃ‐ｔｉｖｅｌｙ．
倡收稿日期：２０１４‐０１‐０９
基金项目：陕西省科技厅自然科学基础研究计划项目（２０１２ＪＱ２０２０）；陕西省教育厅专项科研计划项目（１１ＪＫ０９７６）；西安市科技局
产业技术创新计划项目（ＣＸ１２５９４）；大学生创新创业训练计划项目（２０１２１０７０８００８）
作者简介：张安龙（１９６２－），男，陕西延安人，教授，研究方向：工业废水及废弃物污染控制
第２期张安龙等：低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
・２７・
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｏｒｇａｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ；ｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇ；ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ０ 引言
目前，关于污泥膨胀的研究指出，污泥负荷是
最重要的影响因素之一．这是因为在活性污泥法污水处理厂中，污泥负荷最容易随进水水质水量的变化而波动，导致其成为影响污泥膨胀的首要因［１，２］素．
过一个星期的培养驯化，ＳＶ３０下降至２７％，污泥沉
降性能良好，絮凝体紧密，ＣＯＤＣｒ去除率达到８８．３１％左右，测得的污泥浓度为２２０２ｍｇ／Ｌ，镜检观察污泥絮体良好，微生物种类丰富，生命力旺盛，具体情况如图１～图３所示．
有机负荷反应了基质与微生物之间的供求关系，是影响污泥增长、污泥活性、有机物降解的重要因素之一Ｍ）是公认地引起污泥丝状菌增殖的主要原因．在污水厂运行中，低ＤＯ和低负荷（Ｆ／
［３］
，但在不同类型的反应器中出现污泥膨胀的原因和
控制措施其实不尽然相同［４‐６］
．本实验选用氧化沟作为反应器，通过调节有机负荷，来观察其对污泥丝状菌的影响．１ 实验部分１．１ 仪器和试剂
（１）主要仪器：氧化沟（３０Ｌ），恒流泵（ＢＴ１００‐０２型），ｐＨ计（ＰＨＳ‐３Ｃ型），
ＣＯＤ快速测定仪（５Ｂ‐６Ｃ型），溶氧计（ＪＰＢＪ‐６０８型），磁力搅拌器（Ｃ‐Ｍ型ＡＧＭ），高速离心机Ｓ１０‐Ｓ２５型（ＨＣ）‐３０１８，可见Ｒ分型光）光，多媒体电子显微度计（ＵＶ７２００镜（ＭＯＴＩＣ型）．
（２）主要试剂：浓硫酸（分析纯），考马斯亮蓝（Ｇ２５０），硫酸银（分析纯），重铬酸钾（分析纯）．１．２ 实验废水
本实验所用的废水取自陕西某造纸厂的混合废水，该厂主要利用麦草化学浆和废纸浆生产纸品，年产能为１０万吨左右．废水的主要指标如表１所示．
项目
ｐＨ
／（ｍｇ・ＣｒＬ－１
）／（ｍＬ总蛋白・ｇ－１）／（ｍｇ・ｍＬ－１）／（ｍｇ・ｈ－１）指标６．５１
１３１７
８８
０．０２３
０．８６０８
１．３ 污泥的培养与驯化
原始污泥取自西安市第五污水处理厂与造纸
厂回流污泥，二者的混合液加入氧化沟，使污泥浓度Ｐ４＝Ｍｍｇ３５０ＬＳＳ／Ｌ∶在［７‐９５］
∶３，随时调节１０００的比例加入氮ｍｇ／Ｌ左右ｐＨ，保证、磷，并根据ＣＯＤ∶Ｎ∶ｐ，Ｈ溶氧控制在为６．５～８２．５～
，开始培养驯化．
在驯化初期，污泥沉降比ＳＶ３０在４５％左右，经
图１ 大量累枝虫
图２ 轮虫
图３ 污泥絮
１．４ 实验方法
在研究污泥负荷对污泥膨胀的影响时，需对其它能够影响污泥膨胀的因素进行严格控制，使其不能成为污泥膨胀的影响因素．为此，在实验中进行如下设定：溶解氧浓度２～４ｍｇ／Ｌ；反应器进水中的Ｎ、Ｐ含量通过投加氯化铵和磷酸二氢钾来调节，并根据水中有机物浓度控制ＣＯＤ∶Ｎ∶Ｐ＝
３５０∶５∶１［１０‐１２］
；ｐＨ控制在６．
５～８．５；反应器内污
・２８・
第３２卷
泥浓度控制在２０００～２５００ｍｇ／Ｌ左右．
氧化沟运行状态与污泥活性一切良好，ＣＯＤ去除率达８０％以上，回流比７５％，蠕动泵连续运行，每小时进１．５Ｌ原水，ＨＲＴ＝１８小时，污泥龄１５天．
在实验中，使污泥负荷从高逐渐降低，观察不
［１３］
同负荷下的活性污泥的变化情况．２ 结果与讨论自造纸厂的回流污泥，显微镜观察发现其微生物的种类和数量较少，再采取第五污水处理厂的污泥，两者混合在一起驯化，控制污泥的浓度在２０００ｍｇ／Ｌ左右．显微镜观察发现大量的微型后生动物，污泥活性较高，ＣＯＤ的去除率在９０％左右，这个时候ＣＯＤ负荷在０．２６ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・－１ｄ）．
反应器不同，ＣＯＤ负荷的取值范围不同．查阅２．１ 显微镜图片
从图１可以看出，累枝虫正在生长，大量的累枝虫聚集在一起．钟虫和累枝虫都属于原生动物中的纤毛纲，固着型的纤毛虫，尤其是钟虫，喜欢在寡污带中生活，钟虫类在β‐中污带中也能生活，累枝虫耐污能力较强．它们是水体自净程度高、污水生物处理效果好的指示生物．
图２为轮虫．轮虫属于微型后生动物，要求较高的溶解氧量，是寡污带和污水生物处理效果好的指示生物．它们吞食游离细菌，所以可起到提高处理效果的作用．轮虫伸缩性越好，证明活性越好．较之其它污泥，该种污泥颜色偏黄且微生物含量较高．
图３为活性污泥性状良好时的污泥絮体［１４～１６］．２．２ 降低有机负荷对水质指标的影响２．２．１ 降低有机负荷对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响由图４可知，随着ＣＯＤ负荷的降低，ＳＶ３０成上升趋势；而ＳＶＩ值则随着负荷的降低呈规律性变化．随着负荷的降低，ＳＶＩ值缓慢升高，当负荷降低到一定程度后，即第４天开始，ＳＶＩ迅速升高，污泥发生膨胀．
图４ 降低有机负荷对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响２．２．２ 降低有机负荷对ＣＯＤ去除率的影响
ＣＯＤ负荷的降低是人为控制的．活性污泥来
文献可知ｋｇ，氧化沟的ＣＯＤ负荷一般在０．１～０．在０ＣＯＤ．２６／ｋｇｋｇＣＯＤＭＬＳＳ・（・ｋｇｄ之间ＭＬＳＳ，而本实验的反应器却
０５・ｄ）－１
时，ＣＯＤ的去除率高，污泥活性好．
在这个基础上，开始降低ＣＯＤ负荷．ＣＯＤ负荷的影响因素是进水ＣＯＤ和污泥浓度，考虑到取水困难的问题，所以选择降低ＣＯＤ值，在原水的基础上，通过计算确定ＣＯＤ的值，然后再确定稀释倍数．
从图５可以看出，ＣＯＤ负荷整体呈下降的趋势ＣＯＤ，因污泥浓度很难控制一个准确的数值，所以ＣＯＤ负荷在开始的时候没有呈现下降的趋势的变化的去除率在有机负荷降低的初期并没有明显．，是因为微生物对于新的环境需要一个适应的过程；从第三天往后，ＣＯＤ去除率开始有下降的趋势，这是因为保持污泥浓度在一定范围的同时，意味着微生物量控制在一定的范围．这个时候，进水ＣＯＤ降低，微生物的食物减少，势必让一部分微生物进入衰退期，其数量开始下降，原因是进水中的营养物质已经不足以维持其中的微生物继续生存，并由于营养物质的减少和自身副产物的增加而不断消亡．
丝状菌对于这样的生存环境，有着自身的优势．环境越恶劣，它较其它微生物越有优势，它的菌丝可以伸出菌胶团的外部，较大的比表面积，更容易吸收营养物质，这样的环境促进了丝状菌的生长．对于该造纸厂的废水而言，当ＣＯＤ负荷降低
ＳＶＩ到０为．０３３２５ｋｇＣＯＤｍＬ・・ｇ（ｋｇＭＬＳＳ・ｄ）－１
、ＳＶ３０为６７％、
－１
时，丝状菌开始大量生长，此
时的ＣＯＤ去除率只有４２．６７％．２．２．３ 降低有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响
从图６中可以看出，总蛋白的波动比较大，但整体趋势是下降到第６天后又上升．总蛋白和微生物的量有关，而微生物的量又和污泥的多少有关，且和测定总蛋白的方法有关．因为系统是连续运行的半自动化，所以对于污泥浓度ＭＬＳＳ的控制没有那么精准，在第五天到第六天时，总蛋白最少，因
第２期张安龙等：低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
・２９・
到第７天时，ＳＶ３０为２２％，可见对于因有机负荷过
低而引发的污泥丝状膨胀，通过单纯地调节有机负荷也是有效果的，污泥丝状膨胀得到了治理；ＳＶＩ、ＳＶ３０和污泥浓度ＭＬＳＳ有关，控制污泥浓度在一定范围内，波动较小，所以ＳＶ３０的下降直接影响到ＳＶＩ，亦呈下降趋势，到第５天开始，ＳＶＩ进入正常
－１
范围内，到第７天时，由之前的３２５ｍＬ・ｇ降至
图５ 降低有机负荷对ＣＯＤ去除率的影响为此时的污泥浓度是这个时期最小的，而第３天往
后，微生物的活性正在降低，丝状菌开始生长，第６天开始，补充污泥到定量，加之丝状菌开始大量繁殖，故微生物的总蛋白又呈上升趋势．
ＳＯ比好氧速率受微生物的量和污泥浓度的影响天都有略微减少ＵＲ整体呈下降趋势，到第５．Ｍ天和第ＬＳＳ在运行开始后的每
，６天减少得最多，
所以此时ＳＯＵＲ下降到０．５６４５和０．５７７５；从第３天开始，丝状菌呈增长趋势，微型后生动物（线虫、轮虫、钟虫、累枝虫、浮游甲壳虫）开始减少，取而代之的是丝状菌．ＳＯＵＲ测试结果表明，物种丰富、处理效果好时，此时的比好氧速率远大于丝状菌大量繁殖时的比好氧速率．可见，微生物浓度是影响比好氧速率的关键．
图６ 降低有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响２．３ 控制污泥膨胀方法
２．３．１ 提高有机负荷方式
为观察提高有机负荷后对之前引起的丝状膨胀的治理效果，现单纯提高有机负荷，运行反应器，观察微生物的生长情况及去除率的影响，情况如图７～图８所示．
从图７中可以看出，从提高有机负荷开始，污泥ＳＶ３０持续下降，到第５天，ＳＶ３０下降变缓，运行
１０９ｍＬ・ｇ－１
，污泥膨胀得到控制．
图７ 提高有机负荷治理丝状菌
从图８中可以看出，随着有机负荷的提高，第
五天ｄ时），当有机负荷为０．１８ｋｇＣＯＤ・（ｋｇＭＬＳＳ・－１
时，
ＣＯＤ去除率达到了８０．６６％，到第７天，ＣＯＤ去除率由４２．６７％上升到９０．０３％．这说明该微生物群同样适用于这样的情况：当基质浓度增大，菌胶团的生长速度远大于丝状菌，丝状菌膨胀得到了抑制．
从图９中可以看出，总蛋白的生长呈上升趋势．当增加有机负荷时，能促使微生物生长，微生物开始生长，总蛋白就会增加；比好氧速率ＳＯＵＲ在开始的４天，可以看到其变化比较小．微生物在初期生长的时候，活性没那么高，处于适应期，因为环境改变，在原有微生物的基础上不能适应就会死亡，适应之后，就是微生物成对数增长的阶段，这时的比好氧速率ＳＯＵＲ快速增长，微生物活性高．当单纯只提高有机负荷时，丝状膨胀得到控制共用时７天．２．３．２ 提高有机负荷同时改变运行方式
制定的方案和之前仅提高有机负荷时的数据相同，但增大回流比为１００％．调整回流比，将影响着好氧微生物的生存条件，从而影响对有机物的去除率．一般来说，污泥膨胀时加大回流比，适当缩短厌氧反应时间，有利于好氧生物的生长繁殖，改善污泥沉降性能．同时，排泥量增加为之前的１．５倍．
从图１０～图１１中可以看出，在前３天，ＳＶ３０
和ＳＶＩ下降较快，到第５及第６天时，趋于平稳．
・３０・
第３２卷
图８ 提高有机负荷对去除率的影响
图９ 提高有机负荷对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响可见，增大排泥量和回流量，在前３天可以迅速抑
制污泥丝状膨胀．从第５天开始，微生物生长趋于稳定．当第６天时，ＳＶ３０为２０％、ＳＶＩ从３２５ｍＬ・ｇ－１
降至９９ｍＬ・ｇ－１
，ＣＯＤ的去除率从４２．６７％上升至９１．５６％，相比只单纯提高有机负荷时，这种协同方式可以较快抑制丝状膨胀．
图１０ 同时改变有机负荷和运行方式
对ＳＶ３０和ＳＶＩ的影响从图１２可以看出，在改变有机负荷的同时增大排泥量和回流量，对总蛋白和ＳＯＵＲ会有较大影响．这是因为增大排泥量，减少了微生物的量，从第３天开始微生物的量有所回升，并逐渐增大，总蛋白的量增多，证明微生物的量变大．比好氧速率
图１１ 同时改变有机负荷和运行方式
对ＣＯＤ去除率的影响ＳＯＵＲ的增大，说明微生物活性高．
图１２ 同时改变有机负荷和运行方式
对总蛋白和ＳＯＵＲ的影响３ 结论
（１）活性污泥在低有机负荷下易发生膨胀．低负荷下，ＤＯ成为微生物增殖的限制因素，空气量和ＭＬＳＳ浓度基本不变时，有机负荷降低必然引起ＤＯ的过量．充足的氧气有利于微生物生长，但是进水的基质浓度过低，会导致微生物加速进入衰亡期，进行内源呼吸，这时可通过减少空气量或减小ＭＬＳＳ浓度（即减小ＳＯＵＲ）来提高ＤＯ浓度，使污泥的膨胀得到控制与恢复．
（２）综合比较，改变有机负荷的同时，增大排泥量为原来的１．５倍，回流量变为１００％，和仅提高有机负荷相比，能更快地抑制污泥的丝状膨胀．参考文献
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低有机负荷对污泥膨胀及造纸废水处理效果的影响
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张安龙， 张雪， 王森， ZHANG An-long， ZHANG Xue， WANG Sen
陕西科技大学轻工与能源学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室,陕西西安,710021
陕西科技大学学报（自然科学版）
Journal of Shaanxi University of Science and Technology (Natural ScienceEdition)2014(2)
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