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關(guān)于污泥膨脹機(jī)理的詳解！
來源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時(shí)間：2020-10-15
污泥膨脹指污泥結(jié)構(gòu)極度松散，體積增大、上浮，難于沉降分離影響出水水質(zhì)的現(xiàn)象�；旧细鞣N類型的活性污泥工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹，而且一旦發(fā)生難以控制，通常都需要很長的時(shí)間來調(diào)整。污泥膨脹的發(fā)生率是相當(dāng)高的，在歐洲近百分之五十的城市污水廠每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發(fā)生，在中國的發(fā)生率也非常高。針對(duì)污泥膨脹，各方面的理論很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的麻煩。
1、污泥膨脹特點(diǎn)
污泥結(jié)構(gòu)松散，質(zhì)量變輕，沉淀壓縮性能差；SV值增大，有時(shí)達(dá)到百分之九十，SVI達(dá)到300以上;大量污泥流失，出水渾濁;二次沉淀難以固液分離，回流污泥濃度低，有時(shí)還伴隨大量的泡沫的產(chǎn)生，無法維持生化處理的正常工作。
污泥膨脹是生化處理系統(tǒng)較為嚴(yán)重的異�，F(xiàn)象之一，它直接影響出水水質(zhì)，并危害整個(gè)生化系統(tǒng)的運(yùn)作。
污泥膨脹的發(fā)生率是相當(dāng)高的，在歐洲近50%的城市污水廠每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發(fā)生，在中國的發(fā)生率也非常高�；旧夏壳案鞣N類型的活性污泥工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污泥膨脹不但發(fā)生率高，發(fā)生普遍，而且一旦發(fā)生難以控制，通常都需要很長的時(shí)間來調(diào)整。針對(duì)污泥膨脹，各方面的理論很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的麻煩。
2、污泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷太高的時(shí)候，此時(shí)細(xì)菌吸附了大量有機(jī)物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖物質(zhì)，使得表面附著物大量增加，很難沉淀壓縮。而當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時(shí)，也有可產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因?yàn)槿羧钡⑸锉阌诠ぷ鞑荒艹浞掷锰荚春铣杉?xì)胞物質(zhì)，過量的碳源將被轉(zhuǎn)化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，從而影響污泥的沉降性能，產(chǎn)生高粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發(fā)生時(shí)其生化處理效能仍較高，出水也還比較清澈，污泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發(fā)生情況較少，且危害并不十分嚴(yán)重。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實(shí)際工作中較為常見，成因也十分復(fù)雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多，*先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是活性污泥是一個(gè)混合培養(yǎng)系統(tǒng)，其中至少存在著30種可能引起污泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團(tuán)系統(tǒng)共生的關(guān)系中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對(duì)凈化污水起著很好的作用。它對(duì)保持污泥的絮體結(jié)構(gòu)，保持生化處理的凈化效率，及在沉淀中起著對(duì)懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實(shí)也證明在絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌平衡時(shí)是不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹，只有當(dāng)絲狀菌生長超過菌膠團(tuán)細(xì)菌時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。
3、污泥膨脹幾種理論
1、A/V假說
當(dāng)混合液中基質(zhì)收到限制或控制時(shí)，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強(qiáng)于菌膠團(tuán)，因而菌膠團(tuán)受到抑制，絲狀菌大量繁殖；
2、動(dòng)力選擇性理論
以微生物生長動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物具有不同的*大比生長速率和飽和常數(shù)，分析絲狀菌與菌膠團(tuán)的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性污泥中微生物分為三類，*類是菌膠團(tuán)細(xì)菌，第二類是具有高基質(zhì)親和力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對(duì)溶解氧有高親和力、對(duì)饑餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲(chǔ)選擇理論
在底物風(fēng)度的狀態(tài)下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時(shí)能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全用來解釋污泥膨脹機(jī)理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說，如果缺氧區(qū)的反硝化不充分，導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮，那中間產(chǎn)物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團(tuán)的好氧細(xì)胞色素，進(jìn)而抑制其好氧情況下的基質(zhì)利用，相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮，因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O，絲狀菌就不會(huì)在好氧段被抑制，因而更具競爭優(yōu)勢(shì)。亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi)，污泥較為細(xì)碎。
4、污泥膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利于絲狀菌生長，Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹，而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象；
2、pH
活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5~8.5，pH小于6時(shí)，菌膠團(tuán)活性減弱，生長受到抑制，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團(tuán)成為優(yōu)勢(shì)種群，污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時(shí)，真菌完全占優(yōu)勢(shì)。
3、DO
低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一，若DO成為限制因子，菌膠團(tuán)生長受抑制，而絲狀菌因具有巨大的比表面積，更易獲得溶解氧進(jìn)行生長繁殖，在競爭中處于優(yōu)勢(shì)地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下，具有比菌膠團(tuán)高的比生長速率，這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制，任何負(fù)荷下都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨脹。
4、F/M
低負(fù)荷情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)碳源有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用碳源，造成競爭優(yōu)勢(shì)。低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進(jìn)水曝氣池中；低負(fù)荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹，高負(fù)荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均，好氧區(qū)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥負(fù)荷參數(shù)的影響研究表明，當(dāng)F/M<0.2kg/kg.d時(shí)，容易引發(fā)污泥膨脹；Pan和Su等人將污水通過好氧選擇器進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，將F/M調(diào)整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強(qiáng)反硝化除磷作用，有效解決了污泥膨脹。
高有機(jī)負(fù)荷下，反應(yīng)器內(nèi)底物充裕，在這種情況中菌膠團(tuán)比絲狀菌具有更強(qiáng)的吸附與存貯營養(yǎng)物質(zhì)的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑制了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，菌膠團(tuán)在低溶氧的條件下增殖受到抑制，而絲狀菌由于其具有更大的比表面積，即使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高于菌膠團(tuán)，發(fā)生高負(fù)荷低DO下的污泥膨脹；低負(fù)荷下由于長時(shí)間缺少足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，菌膠團(tuán)生長受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，其菌絲會(huì)從菌膠團(tuán)中伸展出來以增加其攝取營養(yǎng)的表面積。
由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機(jī)負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的說法也比較混亂。高低有機(jī)負(fù)荷都可能引起污泥膨脹，F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負(fù)荷下都可能發(fā)生污泥膨脹，Palm等人認(rèn)為根據(jù)負(fù)荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹，Chudoba等人認(rèn)為即使對(duì)于推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負(fù)荷下也會(huì)發(fā)生污泥膨脹。
5、N、P營養(yǎng)物質(zhì)
通常認(rèn)為污水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水，會(huì)引發(fā)絲狀菌與非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發(fā)現(xiàn)在缺N的情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用營養(yǎng)物質(zhì)，造成競爭優(yōu)勢(shì)；非絲狀菌污泥膨脹：BOD5/N為100:3時(shí)，菌膠團(tuán)未能有充分的N完成代謝，于是把有機(jī)物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進(jìn)水C/N比。
6、微量元素
完全混合活性污泥法會(huì)助長絲狀菌的過量生長，這可用痕量金屬缺乏癥理論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團(tuán)更大的比表面積，其在痕量金屬含量不足時(shí)比后者具有更大的對(duì)痕量金屬的吸附能力，從而抑制了菌膠團(tuán)的生長。
7、有毒物質(zhì)
當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水廠時(shí)，活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn)，菌膠團(tuán)吸收污水中的有毒物質(zhì)后，粘性物質(zhì)分泌減少，生理活動(dòng)出現(xiàn)異常，可能引起污泥膨脹。
1、污泥膨脹特點(diǎn)
污泥結(jié)構(gòu)松散，質(zhì)量變輕，沉淀壓縮性能差；SV值增大，有時(shí)達(dá)到百分之九十，SVI達(dá)到300以上;大量污泥流失，出水渾濁;二次沉淀難以固液分離，回流污泥濃度低，有時(shí)還伴隨大量的泡沫的產(chǎn)生，無法維持生化處理的正常工作。
污泥膨脹是生化處理系統(tǒng)較為嚴(yán)重的異�，F(xiàn)象之一，它直接影響出水水質(zhì)，并危害整個(gè)生化系統(tǒng)的運(yùn)作。
污泥膨脹的發(fā)生率是相當(dāng)高的，在歐洲近50%的城市污水廠每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發(fā)生，在中國的發(fā)生率也非常高�；旧夏壳案鞣N類型的活性污泥工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污泥膨脹不但發(fā)生率高，發(fā)生普遍，而且一旦發(fā)生難以控制，通常都需要很長的時(shí)間來調(diào)整。針對(duì)污泥膨脹，各方面的理論很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的麻煩。
2、污泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷太高的時(shí)候，此時(shí)細(xì)菌吸附了大量有機(jī)物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖物質(zhì)，使得表面附著物大量增加，很難沉淀壓縮。而當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時(shí)，也有可產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因?yàn)槿羧钡⑸锉阌诠ぷ鞑荒艹浞掷锰荚春铣杉?xì)胞物質(zhì)，過量的碳源將被轉(zhuǎn)化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，從而影響污泥的沉降性能，產(chǎn)生高粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發(fā)生時(shí)其生化處理效能仍較高，出水也還比較清澈，污泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發(fā)生情況較少，且危害并不十分嚴(yán)重。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實(shí)際工作中較為常見，成因也十分復(fù)雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多，*先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是活性污泥是一個(gè)混合培養(yǎng)系統(tǒng)，其中至少存在著30種可能引起污泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團(tuán)系統(tǒng)共生的關(guān)系中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對(duì)凈化污水起著很好的作用。它對(duì)保持污泥的絮體結(jié)構(gòu)，保持生化處理的凈化效率，及在沉淀中起著對(duì)懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實(shí)也證明在絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌平衡時(shí)是不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹，只有當(dāng)絲狀菌生長超過菌膠團(tuán)細(xì)菌時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。
3、污泥膨脹幾種理論
1、A/V假說
當(dāng)混合液中基質(zhì)收到限制或控制時(shí)，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強(qiáng)于菌膠團(tuán)，因而菌膠團(tuán)受到抑制，絲狀菌大量繁殖；
2、動(dòng)力選擇性理論
以微生物生長動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物具有不同的*大比生長速率和飽和常數(shù)，分析絲狀菌與菌膠團(tuán)的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性污泥中微生物分為三類，*類是菌膠團(tuán)細(xì)菌，第二類是具有高基質(zhì)親和力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對(duì)溶解氧有高親和力、對(duì)饑餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲(chǔ)選擇理論
在底物風(fēng)度的狀態(tài)下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時(shí)能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全用來解釋污泥膨脹機(jī)理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說，如果缺氧區(qū)的反硝化不充分，導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮，那中間產(chǎn)物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團(tuán)的好氧細(xì)胞色素，進(jìn)而抑制其好氧情況下的基質(zhì)利用，相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮，因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O，絲狀菌就不會(huì)在好氧段被抑制，因而更具競爭優(yōu)勢(shì)。亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi)，污泥較為細(xì)碎。
4、污泥膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利于絲狀菌生長，Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹，而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象；
2、pH
活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5~8.5，pH小于6時(shí)，菌膠團(tuán)活性減弱，生長受到抑制，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團(tuán)成為優(yōu)勢(shì)種群，污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時(shí)，真菌完全占優(yōu)勢(shì)。
3、DO
低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一，若DO成為限制因子，菌膠團(tuán)生長受抑制，而絲狀菌因具有巨大的比表面積，更易獲得溶解氧進(jìn)行生長繁殖，在競爭中處于優(yōu)勢(shì)地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下，具有比菌膠團(tuán)高的比生長速率，這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制，任何負(fù)荷下都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨脹。
4、F/M
低負(fù)荷情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)碳源有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用碳源，造成競爭優(yōu)勢(shì)。低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進(jìn)水曝氣池中；低負(fù)荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹，高負(fù)荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均，好氧區(qū)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥負(fù)荷參數(shù)的影響研究表明，當(dāng)F/M<0.2kg/kg.d時(shí)，容易引發(fā)污泥膨脹；Pan和Su等人將污水通過好氧選擇器進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，將F/M調(diào)整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強(qiáng)反硝化除磷作用，有效解決了污泥膨脹。
高有機(jī)負(fù)荷下，反應(yīng)器內(nèi)底物充裕，在這種情況中菌膠團(tuán)比絲狀菌具有更強(qiáng)的吸附與存貯營養(yǎng)物質(zhì)的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑制了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，菌膠團(tuán)在低溶氧的條件下增殖受到抑制，而絲狀菌由于其具有更大的比表面積，即使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高于菌膠團(tuán)，發(fā)生高負(fù)荷低DO下的污泥膨脹；低負(fù)荷下由于長時(shí)間缺少足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，菌膠團(tuán)生長受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，其菌絲會(huì)從菌膠團(tuán)中伸展出來以增加其攝取營養(yǎng)的表面積。
由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機(jī)負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的說法也比較混亂。高低有機(jī)負(fù)荷都可能引起污泥膨脹，F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負(fù)荷下都可能發(fā)生污泥膨脹，Palm等人認(rèn)為根據(jù)負(fù)荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹，Chudoba等人認(rèn)為即使對(duì)于推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負(fù)荷下也會(huì)發(fā)生污泥膨脹。
5、N、P營養(yǎng)物質(zhì)
通常認(rèn)為污水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水，會(huì)引發(fā)絲狀菌與非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發(fā)現(xiàn)在缺N的情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對(duì)N、P等營養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，優(yōu)先利用營養(yǎng)物質(zhì)，造成競爭優(yōu)勢(shì)；非絲狀菌污泥膨脹：BOD5/N為100:3時(shí)，菌膠團(tuán)未能有充分的N完成代謝，于是把有機(jī)物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進(jìn)水C/N比。
6、微量元素
完全混合活性污泥法會(huì)助長絲狀菌的過量生長，這可用痕量金屬缺乏癥理論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團(tuán)更大的比表面積，其在痕量金屬含量不足時(shí)比后者具有更大的對(duì)痕量金屬的吸附能力，從而抑制了菌膠團(tuán)的生長。
7、有毒物質(zhì)
當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水廠時(shí)，活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn)，菌膠團(tuán)吸收污水中的有毒物質(zhì)后，粘性物質(zhì)分泌減少，生理活動(dòng)出現(xiàn)異常，可能引起污泥膨脹。
