实用干货丨什么是污泥膨胀?你真的了解吗?

发布于 2022-05-18 15:53

什么是污泥膨胀？

污泥膨胀是指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。

基本上各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀，而且一旦发生难以控制，通常都需要很长的时间来调整。

污泥膨胀的发生率是相当高的，在欧洲近百分之五十的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀发生，在中国的发生率也非常高。针对污泥膨胀，各方面的理论很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，这给污水处理工作者造成很大的麻烦。

污泥膨胀特点

污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性能差；SV值增大，有时达到百分之九十，SVI达到300以上;大量污泥流失，出水浑浊;二次沉淀难以固液分离，回流污泥浓度低，有时还伴随大量的泡沫的产生，无法维持生化处理的正常工作。

污泥膨胀是生化处理系统较为严重的异常现象之一，它直接影响出水水质，并危害整个生化系统的运作。

污泥膨胀的发生率是相当高的，在欧洲近50%的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀发生，在中国的发生率也非常高。基本上目前各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀。污泥膨胀不但发生率高，发生普遍，而且一旦发生难以控制，通常都需要很长的时间来调整。针对污泥膨胀，各方面的理论很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，这给水处理工作者造成很大的麻烦。

污泥膨胀类型

1、非丝状菌膨胀

非丝状菌膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷太高的时候，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖物质，使得表面附着物大量增加，很难沉淀压缩。而当氮严重缺乏时，也有可产生膨胀现象。因为若缺氮，微生物便于工作不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源将被转化为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高粘性的污泥膨胀。非丝状菌污泥膨胀发生时其生化处理效能仍较高，出水也还比较清澈，污泥镜检也看不到丝状菌。非丝状菌膨胀发生情况较少，且危害并不十分严重。

2、丝状菌膨胀

丝状菌膨胀在日常实际工作中较为常见，成因也十分复杂。影响丝状菌污泥膨胀的因素有很多，首先应该认识到的是活性污泥是一个混合培养系统，其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。而丝状菌在与活性胶团系统共生的关系中是不可缺少的一类重要微生物。它的存在对净化污水起着很好的作用。它对保持污泥的絮体结构，保持生化处理的净化效率，及在沉淀中起着对悬浮物的过滤作用等都有很重要的意义。事实也证明在丝状菌与菌胶团细菌平衡时是不会产生污泥膨胀，只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，才会出现污泥膨胀现象。

污泥膨胀几种理论

1、A/V假说

当混合液中基质受到限制或控制时，由于比表面积大的丝状菌获取基质的能力要强于菌胶团，因而菌胶团受到抑制，丝状菌大量繁殖；

2、动力选择性理论

以微生物生长动力学为基础，根据不同种类微生物具有不同的最大比生长速率和饱和常数，分析丝状菌与菌胶团的竞争情况；

3、饥饿假说

将活性污泥中微生物分为三类，第一类是菌胶团细菌，第二类是具有高基质亲和力但生长缓慢的耐饥饿丝状菌，第三类是对溶解氧有高亲和力、对饥饿高度敏感的快速生长丝状菌；

4、存储选择理论

在底物丰富的状态下，非丝状菌具有贮存底物的能力，而被贮存物质在底物匮乏时能够被代谢产生能量或合成蛋白质。但是一些丝状菌也具有底物贮存能力，底物贮存能力不能完全用来解释污泥膨胀机理；

5、氮氧化氮假说

CASEY提出低负荷生物脱氮除磷工艺的污泥膨胀假说，如果缺氧区的反硝化不充分，导致好氧区存在亚硝酸氮，那中间产物NO、N2O就会抑制菌胶团的好氧细胞色素，进而抑制其好氧情况下的基质利用，相反一些丝状菌只能将硝酸氮还原为亚硝酸氮，因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O，丝状菌就不会在好氧段被抑制，因而更具竞争优势。亚硝酸与SVI有一定的正相关性。沉淀性能良好的污泥粒径分布较广，且以球菌为主，膨胀污泥的粒径大都在10μm以内，污泥较为细碎。

污泥膨胀的影响因素

1、温度

低温有利于丝状菌生长，Daigger等人发现10℃容易导致丝状菌性污泥膨胀，而污水温度提高到22℃则不容易产生污泥膨胀现象；

2、pH

活性污泥微生物适宜pH范围为6.5~8.5，pH小于6时，菌胶团活性减弱，生长受到抑制，但丝状菌能大量繁殖，取代菌胶团成为优势种群，污泥的沉降性能明显变差并发生污泥膨胀。pH值低于4.5时，真菌完全占优势。

3、DO

低DO是引起丝状菌污泥膨胀的主要原因之一，若DO成为限制因子，菌胶团生长受抑制，而丝状菌因具有巨大的比表面积，更易获得溶解氧进行生长繁殖，在竞争中处于优势地位。具有低Ks的丝状菌在低基质浓度下，具有比菌胶团高的比生长速率，这可以解释基质限制、溶解氧限制和营养物质限制引起的污泥膨胀现象。只要溶解氧成为限制，任何负荷下都会发生污泥膨胀。污水处理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨胀。

4、F/M

低负荷情况下，由于丝状菌具有巨大的比表面积，低Ks，其对碳源有较强的亲和力，优先利用碳源，造成竞争优势。低F/M经常出现在完全混合式曝气池、大回流比的氧化沟（如卡鲁萨尔氧化沟）、沿程分散进水曝气池中；低负荷容易引发丝状菌污泥膨胀，高负荷容易引发污泥粘性膨胀。负荷分布不均，好氧区一直处于低负荷运行状态易造成丝状菌大量增殖。Li等人对膜生物反应器内污泥负荷参数的影响研究表明，当F/M<0.2kg/kg.d时，容易引发污泥膨胀；Pan和Su等人将污水通过好氧选择器进入膜生物反应器，将F/M调整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨胀；而Laitinen和Luonis等人则是利用缺氧选择器，加强反硝化除磷作用，有效解决了污泥膨胀。

高有机负荷下，反应器内底物充裕，在这种情况中菌胶团比丝状菌具有更强的吸附与存贮营养物质的能力，能够充分利用高浓度的底物迅速增殖，具有较高的比生长速率，抑制了丝状菌的生长，但是如果DO浓度不够，在0.5mg/L以下，菌胶团在低溶氧的条件下增殖受到抑制，而丝状菌由于其具有更大的比表面积，即使在低溶氧的条件下也能获得氧，其增殖速率明显高于菌胶团，发生高负荷低DO下的污泥膨胀；低负荷下由于长时间缺少足够的营养物质，菌胶团生长受到抑制，而丝状菌具有较大的比表面积，其菌丝会从菌胶团中伸展出来以增加其摄取营养的表面积。

由于研究者的研究背景和研究条件不尽相同，研究结果也很不一致尤其是关于有机负荷与污泥膨胀关系的说法也比较混乱。高低有机负荷都可能引起污泥膨胀，Ford和Eckenfeilder等人发现高低负荷下都可能发生污泥膨胀，Palm等人认为根据负荷不同，在任何DO浓度条件下都可能发生膨胀，Chudoba等人认为即使对于推流式曝气池，虽然沿池长方向存在着高的浓度梯度，但在高负荷下也会发生污泥膨胀。

5、N、P营养物质

通常认为污水中BOD：N：P=100：5：1为微生物的适宜比例。N、P含量不均衡的废水，会引发丝状菌与非丝状菌膨胀，丝状菌膨胀：有研究发现在缺N的情况下，由于丝状菌具有巨大的比表面积，低Ks（颜胖子注：Ks是饱和常数，是微生物增长速率到达最大增长速度一半的时候的底物浓度，数值越小说明在低底物浓度下，增长速度越快），其对N、P等营养物质有较强的亲和力，优先利用营养物质，造成竞争优势；非丝状菌污泥膨胀：BOD5/N为100:3时，菌胶团未能有充分的N完成代谢，于是把有机物以高亲水性的多糖胞外聚合物（EPS）的形式贮存在胞外。因此要降低进水C/N比。

6、微量元素

完全混合活性污泥法会助长丝状菌的过量生长，这可用痕量金属缺乏症理论分析。由于丝状菌具有比菌胶团更大的比表面积，其在痕量金属含量不足时比后者具有更大的对痕量金属的吸附能力，从而抑制了菌胶团的生长。

7、有毒物质

当有毒工业废水进入污水厂时，活性污泥中的微生物要出现中毒现象，Novak在对非丝状菌膨胀的研究中发现，菌胶团吸收污水中的有毒物质后，粘性物质分泌减少，生理活动出现异常，可能引起污泥膨胀。