本发明涉及水污染控制领域，具体而言，涉及一种控制生物池污泥膨胀的方法及污水处理方法。
背景技术：
活性污泥法是目前水处理领域应用最广泛的方法，占据了95％以上的城市污水和50％左右的工业废水的治理。污泥膨胀在污水厂运行管理中不仅发生率高而且难以控制，长期困扰污水处理厂的稳定运行。目前针对污泥膨胀的主要控制方法包括：加入絮凝剂、杀菌剂、石灰等各类药剂。或在系统前端设置生物选择器，改善工艺控制条件等。这些方法存在易破坏微生物活性，而且效果缓慢、周期较长的缺点，难以快速达到预期效果。
目前，当生化系统发生污泥膨胀导致泥水分离困难影响出水水质时，还没有有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种控制生物池污泥膨胀的方法及污水处理方法，以解决现有技术中的生物池污泥膨胀导致泥水分离困难影响出水水质的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制生物池污泥膨胀的方法，该方法包括：向生物池投加活性炭以控制生物池的污泥膨胀。
进一步地，活性炭的投加量根据生物池的池溶和污泥体积指数SVI确定，以控制生物池的污泥体积指数SVI在150ml/g以下。
进一步地，污泥体积指数SVI按如下公式(I)确定：
其中，SVI表示污泥体积指数，单位为ml/g；SV表示1L生物池中的污泥在30分钟
内的自然沉降比，单位为％；MLSS表示污泥浓度，单位为g/L。
进一步地，活性炭的投加量根据活性炭的投加浓度、污泥体积指数SVI和池容确定，将活性炭的投加浓度与污泥浓度的比值记为活性炭的投加比R，则
当污泥体积指数SVI≥250时，1:2≤R≤1.5:2；
当污泥体积指数200≤SVI＜250时，1:3≤R＜1:2；
当污泥体积指数SVI＜200时，1:5≤R＜1:4。
进一步地，控制生物池中污泥浓度为2～6g/L。
进一步地，活性炭为粒径为100～300目的活性炭。
进一步地，方法还包括根据生物池中活性炭的流失量，补充相应量的活性炭的步骤。
进一步地，活性炭的流失量根据污泥池中活性炭的投加量与污泥的污泥龄的比值确定。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种污水处理方法，包括对污泥进行生化处理以及将生化处理后的污泥进行二次沉降的步骤，在对污泥进行生化处理的步骤中进一步包括控制生物池中污泥膨胀的步骤，控制生物池中污泥膨胀的步骤采用上述任一种方法进行控制。
进一步地，污水处理方法还包括对二次沉降后的部分污泥返回生物池的步骤。
应用本发明的技术方案，通过在生物池中投加活性炭，在不破坏污泥中微生物的活性的情况下实现了对污泥膨胀体积的控制，且沉降速度快，生物池的生化处理效果好(微生物活性高)。而且，与现有技术在污水处理中使用活性炭的使用方法也不同。现有技术是在二次沉降后排出的水中添加活性炭，是利用活性炭强大的吸附性能将水中污染物(主要是去除COD)进行吸附过滤，而不是将活性炭作为污泥聚集中心以缩减膨胀体积。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种优选的实施例中的污水处理方法的部分流程示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、生物池；20、二次沉降池；01、污泥回流管线；02、污泥排出管线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
污泥体积指数(Sludge Volume Index，SVI)，也叫污泥容积指数，是表示污泥沉降性能的参数。反映活性污泥的松散程度和凝聚、沉降性能。良好的活性污泥SVI通常在50～150之间。污泥体积指数过低，说明泥粒细小、紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力；污泥体积指数过高，说明污泥将要膨胀或已膨胀，污泥不易沉淀，影响对污水的处理效果。污泥体积指数指曝气池混合液经30min静置沉淀后，相应的1g干污泥所占的容积(以mL计)。
污泥体积指数SVI可以按下述方法测定：(1)在曝气池出口处取混合液样品；(2)测定混合液悬浮固体浓度(MLSS)；(3)测定样品的污泥沉降比(SV％)，读取沉降物的体积(mL)；(4)按下式计算SVI值(mL/g)SVI＝沉降污泥的体积(ml/L)/MLSS(g/L)。
如背景技术所提到的，现有技术中还没有能够有效解决生物池10污泥膨胀的技术方案，为了改善现有技术的上述缺陷，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种控制生物池10污泥膨胀的方法，如图1所示，该方法包括向生物池10中投加活性炭以控制污泥膨胀的步骤。该方法通过在生物池10中投加活性炭，利用活性炭发达的空隙结构及相对较大的比表面积为污泥提供凝集中心，使污泥聚集于活性炭上，促进了污泥的进一步凝聚和沉降，从而达到控制污泥膨胀体积的目的，便于后续进行泥水分离，得到水质较好的净化水。
相比现有技术中在生物池10中添加絮凝剂等药剂来控制污泥膨胀体积，使污泥凝聚沉降的方法，本发明的上述方法通过在生物池10中投加活性炭，在不破坏污泥中微生物的活性的情况下实现了对污泥膨胀体积的控制，且沉降速度快，生物池10的生化处理效果好(微生物活性高)。而且，与现有技术在污水处理中使用活性炭的使用方法也不同。现有技术是在二次沉降后排出的水中添加活性炭，是利用活性炭强大的吸附性能将水中污染物(主要是去除COD)进行吸附过滤，而不是将活性炭作为污泥聚集中心以缩减膨胀体积。
上述方法中对活性炭的添加量并无特殊的限定，只要能够控制目的生物池10的污泥膨胀体积在合适的范围内，利于后续泥水分离不影响净化水质即可。在实际处理中，根据不同生物池10的池容大小、生物池10中污泥浓度的不同以及污泥体积指数SVI值的不同，可以对活性炭的添加量进行适当调整。在本申请一种优选的实施例中，上述活性炭的投加量根据生物池10的池溶以及污泥体积指数SVI来确定，以控制生物池的污泥体积指数SVI在150ml/g以下。
上述生物池10的池容、污泥浓度和污泥体积指数SVI的计算方法采用现有的计算方法即可。在一优选实施例中，上述污泥体积指数SVI按如下公式(I)确定：
其中，SVI表示污泥体积指数，单位为ml/g；SV表示1L生物池10中的污泥在30分钟内的自然沉降比，单位为％；MLSS表示污泥浓度，单位为g/L。池容即生物池的容积，一般情况是已知的。若无法直接得知，则矩形池按照长×宽×有效水深，圆形池子按照1/4×π×D2×有效水深(D圆形生物池直径)即可计算得到。上述优选实施例通过根据具体生物池10的池容和污泥膨胀指数SVI来确定活性炭的投加量，能够相对准确地控制活性炭的用量，使其既满足生物池10对控制污泥膨胀体积的需求，又不消耗过量的活性炭，将处理成本控制在合理范围内。
根据上述优选实施例即可相对准确地控制活性炭的用量及成本。为了进一步提高活性炭用量的精确度，在一优选的实施例中，活性炭的投加量根据活性炭的投加浓度、污泥体积指数SVI和池容确定，将活性炭的投加浓度与污泥浓度的比值记为活性炭的投加比R，则当污泥体积指数SVI≥250时，1:2≤R≤1.5:2；当污泥体积指数200≤SVI＜250时，1:3≤R＜1:2；当污泥体积指数SVI＜200时，1:4≤R＜1:4。
在上述优选实施例中，通过利用在特定的污泥体积指数SVI范围内，采用特定的活性炭投加比，进而根据生物池10中污泥浓度获得活性炭的投加浓度，最后根据生物池10的池容除以活性炭的投加浓度即可得到所需投加的活性炭的投加量。上述根据投加比精确计算活性炭投加量，既能很好地控制活性炭使用的成本，又能使污泥聚集、缩小其膨胀体积、促进污泥沉降的效果。
在上述向生物池10中投加活性炭的过程中，根据上述池容和污泥体积指数即可相应控制活性炭的投加量。对生物池10中的污泥浓度并无特别要求，为了进一步提高活性炭对污泥膨胀的控制效果，在一优选实施例中，控制生物池10中污泥浓度为2～6g/L，更优选污泥浓度为4g/L。将污泥浓度控制在该范围内，利用活性炭控制污泥膨胀改善污泥沉降性的效果更明显。
上述方法中对投加的活性炭的具有结构或形状并无特殊限定。为了进一步提高活性污泥的自絮凝速度，抑制丝状菌的生长，在本发明一优选实施例中，上述活性炭为粉末状。粉末状活性炭相比其他形态的活性炭具有更大的比表面积与多孔性，有利于活性污泥微生物附着生长和对污染物的吸附。更优选，活性炭的粒径为150～300目，进一步优选200目。粒径在该范围内的活性炭有利于活性污泥絮体的形成，使污泥絮体既可以保持处理污染物的功能又能充分利用自重快速沉降。相应地，活性炭的目数越大，活性炭越细，其制备成本就越高，利用其进行污泥膨胀体积控制的处理成本也相应提高。而200目的活性炭既能有效控制污泥膨胀体积，且处理成本也相对合理。
对于运行中的生物池10而言，其中的污泥是处于一种流出与流入的动态平衡状态。因而，随着污泥的流出，如图1所示，流向二次沉降池20中后，生物池10中的活性炭的量也相应减少。为维持生物池10的污泥膨胀控制效果，在本发明一优选实施例中，上述方法还包括根据生物池10中活性炭的流失量，补充相应量的活性炭的步骤。通过补充相应量的活性炭能够维持生物池10中污泥的膨胀体积在合理的范围内，满足后续泥水分离要求，利于提高污水处理效果。
在本发明另一种优选的实施例中，上述活性炭的流失量根据污泥池中活性炭的投加量与污泥的污泥龄的比值确定。具体而言，若不补充投加活性炭，经过一个污泥龄后，生物池内活性炭基本随剩余污泥排出生化系统，达不到所需浓度，因此应该根据生化系统污泥龄连续补充投加粉末活性炭，目的是维持生物池内活性炭的污泥浓度。此处的污泥龄，是指污泥龄(Sludge Retention Time)是指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需的时间。从工程上说，在稳定条件下，就是曝气池中活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比。采用该方法计算活性炭的流失量能够精确计算需要补充的活性炭的量，有效控制污泥的膨胀体积，进而改善污泥沉降效果，提高净化后水质质量。
在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种污水处理方法，如图1所示，包括对污泥进行生化处理以及将生化处理后的污泥进行二次沉降的步骤，在对污泥进行生化处理的步骤中进一步包括控制生物池10中污泥膨胀的步骤，其中，控制生物池10中污泥膨胀的步骤采用上述任一种方法进行控制。采用上述污水处理方法能够提高活性污泥的自絮凝速度、抑制丝状菌的生长，快速控制污泥膨胀(使污泥体积指数迅速下降40％～70％)，改善活性污泥沉降性，提高后的水质质量。
根据实际需要，可以维持或改变生物池10的运行工况。若欲维持生物池10中的污泥浓度，上述污水处理方法还包括对二次沉降后的部分污泥返回生物池10的步骤。如图1所示，部分污泥通过污泥回流管线01返回生物池10，剩余污泥通过污泥排出管线02从二次沉降池20底部排出，而二次沉降池20对泥水分离后的水进入后续处理工艺。相反，若欲改变生物池10中的运行工况，可以改变二次沉降后返回生物池10的污泥的回流比。
下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
某污水处理厂日处理污水量3万吨/日，承担该区域21家印染企业的工业废水处理工作，该厂采用预处理+活性污泥法+深度处理的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为940mg/L，BOD5为210mg/L，SS为432mg/L，色度为256倍，pH值为7.9。出水水质为：CODcr为45mg/L，BOD5为1mg/L，SS为5mg/L，色度为30倍，pH值为7.0。在运行中，某线生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至250ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌大量生长繁殖，引发污泥膨胀。
快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为200目，堆积密度为0.55g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数250ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝1:2；
(3)根据污泥浓度(MLSS为4g/L)计算粉末活性炭投加浓度为2.0g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为12吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为0.8吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由230ml/g降至104ml/g，下降幅度达到55％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至70ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。
实施例2
某污水处理厂日处理污水量1万吨/日，处理污水为印染工业废水。该厂采用预处理+活性污泥法+深度处理的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为629mg/L，BOD5为113mg/L，SS 为264mg/L，出水水质为：CODcr为52mg/L，BOD5为2mg/L，SS为5mg/L。在运行中某线生物池出现了丝状菌引起的污泥膨胀现象，污泥体积指数为200ml/g。
快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为150目，堆积密度为0.55g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数200ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝1:3；
(3)根据污泥浓度(MLSS为3g/L)计算粉末活性炭投加浓度为1g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为6吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为0.4吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由200ml/g降至95ml/g，下降幅度达到53％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至62ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。
实施例3
某造纸企业日产污水2万吨/日，企业污水处理环节采用预处理+活性污泥法+深度处理的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为1700mg/L，BOD5为530mg/L，SS为823mg/L，pH值为8.2。出水水质为：CODcr为86mg/L，BOD5为13mg/L，SS为15mg/L，pH值为7.3。在运行中，生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至150ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌生长繁殖引发污泥膨胀。
快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为300目，堆积密度为0.5g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数150ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝1:5；
(3)根据污泥浓度(MLSS为6g/L)计算粉末活性炭投加浓度为1.2g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为7.2吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为0.48吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由150ml/g降至48ml/g，下降幅度达到68％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至40ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。
实施例4
某造纸企业的污水处理站日处理污水量0.5万吨/日，采用混凝沉淀预处理+厌氧水解+好氧活性污泥法+深度处理的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为1820mg/L，BOD5为433mg/L，SS为326mg/L，色度为512倍，pH值为7.8。出水水质为：CODcr为78mg/L，BOD5为4mg/L，SS为5mg/L，色度为32倍，pH值为7.6。在运行中，某线生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至242ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌大量生长繁殖，引发污泥膨胀。
快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为350目，堆积密度为0.7g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数250ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝1:2；
(3)根据污泥浓度(MLSS为4g/L)计算粉末活性炭投加浓度为2.0g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为12吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为0.8吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由242ml/g降至125ml/g，下降幅度达到48％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至110ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。
实施例5
某印染企业的污水处理站日处理污水量0.8万吨/日，采用预处理+活性污泥法+深度处理的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为853mg/L，BOD5为225mg/L，SS为238mg/L，出水水质为：CODcr为122mg/L，BOD5为13mg/L，SS为18mg/L，。在运行中，生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至266ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌大量生长繁殖，引发污泥膨胀。
其中，活性污泥法中快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为200目，堆积密度为0.5g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数266ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝0.8:2；
(3)根据污泥浓度(MLSS为4g/L)计算粉末活性炭投加浓度为1.6g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为9.6吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为0.64吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由230ml/g降至85ml/g，下降幅度达到63％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至60ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。
实施例6
某化工企业污水排放量3万吨/日，企业的污水处理环节采用预处理+好氧活性污泥法工艺。进水水质为：CODcr为460mg/L，BOD5为129mg/L，SS为143mg/L，出水水质为：CODcr为62mg/L，BOD5为5mg/L，SS为8mg/L。在运行中，某线生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至279ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌大量生长繁殖，引发污泥膨胀。
快速控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)选择粒径为200目，堆积密度为0.5g/cm3的木质活性炭；
(2)根据上述污泥体积指数279ml/g，确定活性炭投加比R为：活性炭浓度:污泥浓度＝1:2；
(3)根据污泥浓度(MLSS为6.5g/L)计算粉末活性炭投加浓度为4g/L；
(4)根据生物池池容(6000m3)计算活性炭投加量为24吨；
(5)根据现场运行泥龄数据(15天)计算活性炭补充投加量为1.6吨/天；
投加粉末活性炭后，污泥体积指数迅速下降，3天后即由279ml/g降至145ml/g，下降幅度达到48％，在持续投加一周后，污泥体积指数继续降至140ml/g，停止投加活性炭，污泥膨胀现象消失，效果良好。污泥浓度超过范围会增加处理成本。一般采用通过排泥使污泥浓度降至合理范围再投加活性炭以降低成本。
对比例1
某污水处理厂日处理污水量6万吨/日，承担该区域32家印染企业的工业废水处理工作，该厂采用混凝+水解酸化+活性污泥法的多级处理工艺。进水水质为：CODcr为1020mg/L，BOD5为332mg/L，SS为266mg/L，色度为256倍，pH值为8.2。出水水质为：CODcr为88mg/L，BOD5为4mg/L，SS为9mg/L，色度为30倍，pH值为7.4。在运行中，某线生物池出现了污泥膨胀现象，污泥体积指数升高至284ml/g，污泥镜检结果显示，丝状菌大量生长繁殖，引发污泥膨胀。
控制污泥膨胀改善污泥沉降性的方法步骤如下：
(1)采用投加杀菌剂次氯酸钠(有效氯含量为10％)的方式；
(2)投加量按照4g有效氯/kg MLSS的比例；
(3)连续投加3天后，污泥SVI值由250降至180ml/g，丝状菌数量减少，但是活性污泥出现絮体出现解体活性下降，COD去除效果降低的现象。出水COD值由88mg/L升高至129mg/L，虽然污泥膨胀得到控制，但生化系统处理效果受到了较大影响。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)利用粉末活性炭控制污泥膨胀效果良好，是一种迅速稳定的应急措施；
(2)活性炭无毒副作用，在控制污泥膨胀的过程中，不会对污泥活性造成影响；
(3)活性炭比较面积较大，吸附能力较强，在控制污泥膨胀改善污泥沉降性的同时，吸附小分子及难降解污染物，有利于提高出水水质；
(4)活性炭粒径较小，为活性污泥中细菌及原生动物等微生物提供了生长载体，加快了污泥自絮凝速度，同时有利污泥活性的提高；
由此可见，本发明通过根据污泥膨胀程度投加一定比例的粉末活性炭，提高污泥自絮凝速度，抑制丝状菌生长，从而改善污泥沉降性，不仅有利于后续二次沉淀池中的泥水分离，亦可以作为污水厂污泥膨胀后的应急措施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。