關于污泥膨脹機理的詳解！
更新時間：2020-10-15 11:16
來源：環保工程師
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污泥膨脹指污泥結構極度松散，體積增大、上浮，難于沉降分離影響出水水質的現象。基本上各種類型的活性污泥工藝都會發生污泥膨脹，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。污泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近百分之五十的城市污水廠每年都會有不同程度的污泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。針對污泥膨脹，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。
一、污泥膨脹特點
污泥結構松散，質量變輕，沉淀壓縮性能差；SV值增大，有時達到百分之九十，SVI達到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，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持生化處理的正常工作。
污泥膨脹是生化處理系統較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，并危害整個生化系統的運作。
污泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近50%的城市污水廠每年都會有不同程度的污泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。基本上目前各種類型的活性污泥工藝都會發生污泥膨脹。污泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。針對污泥膨脹，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。
二、污泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫較低而污泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖物質，使得表面附著物大量增加，很難沉淀壓縮。而當氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象。因為若缺氮，微生物便于工作不能充分利用碳源合成細胞物質，過量的碳源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結合水，從而影響污泥的沉降性能，產生高粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發生時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。非絲狀菌膨脹發生情況較少，且危害并不十分嚴重。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較為常見，成因也十分復雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多，首先應該認識到的是活性污泥是一個混合培養系統，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系統共生的關系中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對凈化污水起著很好的作用。它對保持污泥的絮體結構，保持生化處理的凈化效率，及在沉淀中起著對懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生污泥膨脹，只有當絲狀菌生長超過菌膠團細菌時，才會出現污泥膨脹現象。
三、污泥膨脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限制或控制時，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質的能力要強于菌膠團，因而菌膠團受到抑制，絲狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論
以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的最大比生長速率和飽和常數，分析絲狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性污泥中微生物分為三類，第一類是菌膠團細菌，第二類是具有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲選擇理論
在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能量或合成蛋白質。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理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好氧區存在亞硝酸氮，那中間產物NO、N2O就會抑制菌膠團的好氧細胞色素，進而抑制其好氧情況下的基質利用，相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮，因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑制，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定的正相關性。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，污泥較為細碎。
四、污泥膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利于絲狀菌生長，Daigger等人發現10℃容易導致絲狀菌性污泥膨脹，而污水溫度提高到22℃則不容易產生污泥膨脹現象；
2、pH
活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5~8.5，pH小于6時，菌膠團活性減弱，生長受到抑制，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優勢種群，污泥的沉降性能明顯變差并發生污泥膨脹。pH值低于4.5時，真菌完全占優勢。
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，更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中處于優勢地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質濃度下，具有比菌膠團高的比生長速率，這可以解釋基質限制、溶解氧限制和營養物質限制引起的污泥膨脹現象。只要溶解氧成為限制，任何負荷下都會發生污泥膨脹。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
低負荷情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對碳源有較強的親和力，優先利用碳源，造成競爭優勢。低F/M經常出現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）、沿程分散進水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀菌污泥膨脹，高負荷容易引發污泥粘性膨脹。負荷分布不均，好氧區一直處于低負荷運行狀態易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對膜生物反應器內污泥負荷參數的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發污泥膨脹；Pan和Su等人將污水通過好氧選擇器進入膜生物反應器，將F/M調整到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，加強反硝化除磷作用，有效解決了污泥膨脹。
高有機負荷下，反應器內底物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營養物質的能力，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，發生高負荷低DO下的污泥膨脹；低負荷下由于長時間缺少足夠的營養物質，菌膠團生長受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，其菌絲會從菌膠團中伸展出來以增加其攝取營養的表面積。
由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結果也很不一致尤其是關于有機負荷與污泥膨脹關系的說法也比較混亂。高低有機負荷都可能引起污泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負荷下都可能發生污泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認為即使對于推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發生污泥膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為污水中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，會引發絲狀菌與非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發現在缺N的情況下，由于絲狀菌具有巨大的比表面積，低Ks，其對N、P等營養物質有較強的親和力，優先利用營養物質，造成競爭優勢；非絲狀菌污泥膨脹：BOD5/N為100:3時，菌膠團未能有充分的N完成代謝，于是把有機物以高親水性的多糖胞外聚合物（EPS）的形式貯存在胞外。因此要降低進水C/N比。
6、微量元素
完全混合活性污泥法會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更大的比表面積，其在痕量金屬含量不足時比后者具有更大的對痕量金屬的吸附能力，從而抑制了菌膠團的生長。
7、有毒物質
當有毒工業廢水進入污水廠時，活性污泥中的微生物要出現中毒現象，Novak在對非絲狀菌膨脹的研究中發現，菌膠團吸收污水中的有毒物質后，粘性物質分泌減少，生理活動出現異常，可能引起污泥膨脹。
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