创新实验中期报告

大学生创新性实验计划项目中期检查报告项目名称：唐山某乳制品厂废水处理运行异常问题分析与研究一、前言某乳制品企业以生产液态奶为主，其生产废水主要来源于：容器、管道、设备加工面清洗所产生的高浓度生产废水、生产车间与场地的清洗低浓度生产废水以及冷却水。

乳制品废水中的污染物含有大量可溶性有机污染物，主要为乳蛋白（如酪蛋白、乳清蛋白）、乳脂肪和乳糖、碳水化合物等营养物质和无机盐类等，其中大部分物质具有较好的生化性。

但是蛋白质、脂肪的生物降解比较慢，所需处理时间比较长，若转化不完全易引起污泥上浮，造成污泥膨胀，长时间运行会导致污泥流失。

脂肪及其中间产物（尤其是游离的长链脂肪酸）会对厌氧微生物产生抑制作用，造成厌氧处理效率下降。

乳制品一般按班次进行生产，所以废水水量日波动性大。

乳制品夏季产量达，冬季产量小，所以水量随季节的变化也很大，夏季水量大，冬季水量小。

为了保护当地环境以及遵守有关法律法规，该企业兴建了一套废水处理系统，采用的是“UASB-CASS”废水处理工艺对生产过程中排放的废水进行处理，但是在废水处理工程中出现了严重的污泥膨胀。

乳制品废水是一种极易发生污泥膨胀的水质之一。

活性污泥膨胀是自活性污泥法问世以来一直伴随发生的一个世界性的棘手问题。

尽管研究人员通过大量的研究，以生物动力学为指导，综合各国研究成果提出污泥膨胀的原因和分类的统一理论及行之有效的控制方法，但由于与活性污泥膨胀有关的丝状菌种类繁多，加之一系列错综复杂的环境与操作因子的相互影响，已提出的控制手段还不能满足所有膨胀的控制。

活性污泥膨胀的控制必须在综合分析引起污泥膨胀的各种环境与操作因子的基础上，找出发生膨胀的确切原因，这样才能采取有针对性的控制措施。

二、活性污泥膨胀的研究活性污泥膨胀的含义是污泥沉降性能差、SVI高，沉淀池污泥面不断上升而导致污泥大量流失，最终导致生物处理系统的崩溃。

活性污泥膨胀分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。

1活性污泥膨胀的原因在活性污泥膨胀中，因丝状菌大量繁殖而引起的污泥膨胀较为常见。

活性污泥是菌胶团与丝状菌的共生系统，因此任何活性污泥系统中，都存在一定数量的丝状菌。

丝状菌的存在对菌胶团絮体的形成具有重要意义，起着菌胶团絮体的架桥和框架作用。

当菌胶团菌和丝状菌的生长处在平衡时，不会发生丝状菌膨胀，只有某一影响因子不利于菌胶团菌的生长繁殖而有利于丝状菌大量增殖时，才会发生丝状菌膨胀。

产生丝状菌膨胀的原因十分复杂，在众多的影响因子中，因水质、F/M、DO 和H2S 而引起的丝状菌膨胀频度较高。

此外，废水在曝气池内的流态、曝气池结构及处理流程都有可能成为产生丝状菌异常增殖的原因。

就水质而言，容易造成丝状菌膨胀的废水有：（1）碳水化合物含量高的废水；（2）腐化废水；（3）含大量可溶性低分子量有机物的废水；（4）含有毒物质的废水；（5）含氮量过高或N，P 比不平衡的废水；（6）pH 值低的废水；（7）缺失某种微量元素（如Fe 等）的废水；（8）含有大量硫化氢的废水。

与城市污水相比，工业废水更容易发生丝状菌膨胀，其中尤其以食品、酿酒、造纸、乳品、皮革、啤酒等工业废水最容易发生膨胀。

能引起丝状菌膨胀的丝状菌种类多达近30 种，但在污泥膨胀中出现频率较多的丝状菌也只不过如微丝菌、软发菌、球衣菌、诺卡氏菌及1701 型、0041 型、021N 型菌等十几种。

2 、活性污泥非丝状菌膨胀非丝状菌膨胀有两种类型，由菌胶团细菌发生异常生理活动，过量分泌胞外多聚物和细胞中积累过量的PHB（β-羟基丁酸）颗粒物而导致的黏性膨胀和受有毒物质冲击而引起的低黏性膨胀。

菌胶团细菌是通过细胞外黏液层相互粘连形成菌胶团絮体。

细胞外黏液层是一种胞外多聚物，是细菌代谢过程中分泌的一种由多糖类和过剩碳水化合物构成的物质，具有很强黏性。

由于这些物质的分子含有很多亲水基而对水分子具有很强的亲水性。

当废水中营养物质过量时，细菌一方面将过量的营养物质以PHB 颗粒形式作为养料贮藏在细胞质内，同时分泌大量的胞外多聚物。

当细菌分泌大量多聚物和积累过量PHB 物质后，其生殖力减弱，细胞分裂不彻底，彼此相连，只要营养物质过量，这一过程将持续发生［2］。

在F/M 过高情况下，N，P 比平衡失调或DO 不足时，菌胶团细菌无法通过正常代谢过程分解掉细胞吸收的过量营养物质而出现上述异常代谢过程。

过量胞外多聚物会使细胞周围吸收大量的结合水，呈凝胶状，大片上浮而大量流失，即发生所谓的黏性膨胀。

非丝状菌低黏性膨胀是当活性污泥突然受到有毒物质或温度、pH 等外部因素突变而引起冲击时最容易发生，菌胶团菌受冲击后，分泌黏性多聚物的功能受到抑制，结果菌胶团絮体解体、细碎，游离细菌增加，上清液浑浊，固液界面不清晰，无法在沉淀池进行泥水分离。

这种膨胀又称污泥离散或污泥解体。

3、乳制品废水丝状菌膨胀如果废水的pH较低会引起污泥膨胀，CASS 池一直在低pH 值条件下运行，污泥发生明显膨胀。

CASS 池pH 值长时间偏低为丝状细菌的快速生长提供了适宜条件。

菌胶团细菌适宜生长的pH 值在7.3~7.8，低pH 值对菌胶团细菌的生长有抑制作用，而丝状菌对环境变化及负荷冲击有很强的耐受性，从而导致丝状菌的大量繁殖。

乳制品废水中的乳清蛋白和酪蛋白在水解酸化阶段水解为各类氨基酸，使CASS池混合液pH 值下降，如果处理系统不仅无pH 调节措施，而且也没有采取任何对pH 值的人工调节情况下，会导致CASS 池pH 值长时间偏低。

引起丝状菌大量繁殖另一重要原因是乳制品废水的基质组成，因为丝状菌生长所必需的碳源主要有蛋白胨、氨基酸、甘油、甘露醇、特别单糖及多糖类。

乳品废水在分解过程中产生的中间产物恰是蛋白胨、氨基酸等可溶性小分子物质。

引起乳制品废水丝状菌膨胀，除上述基质特性引起的膨胀外，也可能发生低负荷引起的营养缺乏型膨胀；低溶解氧引起的溶解氧缺乏型膨胀；C∶N∶P 比失调引起的营养失调型膨胀等。

由于丝状菌的菌丝体比表面积远大于菌胶团菌，因此在营养物质缺乏或DO 不足时，具有更强的竞争优势。

4、乳制品废水非丝状菌膨胀乳制品非丝状菌膨胀主要发生在受到F/M冲击，有毒物质冲击或pH、温度等外部环境因素突变冲击时。

非丝状菌的发生与水质关系不太大，因此废水处理过程中通过加强管理，可以克服非丝状菌膨胀的发生。

三、实验方案先去废水处理站取水样，对水样进行水质分析，确定该乳制品厂的废水的水质，确定实验方案，根据实验方案确定实验装置及仪器，并对装置和仪器进行组装；去该乳制品厂取泥，开始进行实验室实验，在实验室模拟该厂废水处理条件下对实验装置进行调试和污泥培养。

调试正常及培养好污泥后开始进行实验。

该生产乳制品的厂家怀疑是由清洁剂造成的污泥膨胀，针对该问题，用厂家生产的乳制品与厂家的废水进行对比实验，确定污泥膨胀是不是由于清洁剂造成的。

由于造成污泥膨胀的原因很复杂，研究其他因素对污泥膨胀的影响，确定造成污泥膨胀的主要原因，针对污泥膨胀的原因提出解决方案。

通过对废水处理站的现场调查，了解废水处理存在的问题，并取样进行了水质的分析，确定了实验水质，掌握取样的方法及实验的测定方法；确定处理流程如下：实际装置图如下：沉淀池好氧反应器 厌氧反应器 进水池污泥状况如下：测量装置如图：四、主要工作已经对乳制品废水站进行了现场调查，了解了废水处理站的处理方法和处理流程，对现场的处理站的布局及具体情况有了直观的了解，并且取水样进行了初步实验，对水样水质进行了分析；根据取得的废水水质，查阅了大量的相关资料，通过对比筛选，研究确定了实验方案；确定好实验方案后根据实验要求准备实验设备和仪器。

根据前期确定的实验方案设计制作实验装置。

进行实验室小试，去该乳制品厂取泥，开始进行实验室实验，在实验室模拟该厂废水处理条件下对实验装置进行调试和污泥培养。

五、下一阶段研究计划：2012.12-2013.01期间，我们将继续增加进水水样污泥负荷，不断培养活性污泥，定期测定活性污泥的COD、SV%、SVI等化学污水水质指标，并及时处理数据，计算其COD去除率。

当COD的去除率提高到70%以后，就可以继续增加进水水样的COD值，每次增加100㎎／l左右，直至提高至2500㎎／l,并且其去除率保持在70%以上，即认为活性污泥培养成功。

活性污泥培养成功后，我们将会针对污泥膨胀问题的原因运用单一变量控制法进行实验，并记录数据。

首先，我们要根据厂家要求控制清洗剂的含量，通过对比实验，确定是不是由于清洗剂的影响使活性污泥膨胀；其次控制其他变量进行大量对比实验。

最终通过整理数据，进行分析对比，研究引起该乳制品厂废水处理工艺污泥膨胀问题的主要因素，并针对主要因素提出可行性解决方案。

2013.03-2013.04期间，我们将会跟乳制品厂厂家联系，为厂家提供解决方案报告，并与厂家协商现场调试问题。

根据厂家要求改进解决方案，并为现场调试做准备。

根据协商内容，我们将去现场根据解决方案对该乳制品厂的废水处理工艺进行调试，并不断根据调试的现场状况改进方案，以便达到最佳调试效果，圆满完成此次创新性实验。

2013.04-2013.05期间，我们将整合此次创新性实验的方法、数据、解决方案等，撰写结题报告，认真准备答辩工作，以保证实验的圆满完成。

六、心得体会通过这次创新性实验，我们更加体会到理论与实际相结合的重要性，从中提高了自己的动手能力. 本次创新性实验是整组成员共同努力以及老师认真负责的指导下完成的，是我们大学所学知识的总结与应用。

同时，通过对废水处理站的现场调查，了解废水处理存在的问题，并取样进行了水质的分析，确定了实验水质，掌握取样的方法及实验的测定方法；通过对相关资料的查阅，我们从资料书籍中学到了许多的常规设计方法，设计思想，并深刻了解了活性污泥的培养以及污泥膨胀问题的主要影响因素，懂得了在遇到问题时如何去查寻资料与应用资料。

自己去购买实验装置的材料，进行装置的粘结和组装，在很大程度上锻炼了学生的实践动手能力和解决问题的能力；我们还了解了本专业污水处理方面的各种处理工艺的优缺点及对废水的处理效率，这使我们的知识面更加广阔与完整，使我们收益非浅。

通过污泥的培养，能让我们将所学知识应用于实际，培养了我们发现问题和解决问题的能力，使我们具备了初步的工程概念。

本设计为乳制品厂废水处理工艺污泥膨胀问题解决方案设计。

乳制品厂废水水质的主要特点是含有大量的有机物，属有机废水，故其化学需氧量也较大。

我们通过测定COD、SV%、SVI等，经分析可知该乳制品厂处理废水工艺的污泥膨胀问题的产生原因，这不仅加深了我们对污泥膨胀的了解，而且加深了我们对化学水质指标的理解、测定能力。

总而言之，此次创新性实验给我们带来了巨大的收获。