活性污泥膨脹的主要原因與對策

1、活性污泥膨脹的主要原因與對策摘要針對工業(yè)廢水采用普通活性污泥法處理易出現(xiàn)的絲狀菌型污泥膨脹，對絲 狀菌 型污泥膨脹分析和總結(jié)出五種主要膨脹類型。即：基質(zhì)限制，溶解氧限制，營養(yǎng)物質(zhì)缺 乏型，腐敗廢水或硫化物因素和高、低pH沖擊。對負(fù)荷、溶解氧、水質(zhì)和水量變 化等因素對污泥膨脹中菌膠團(tuán)和絲狀菌生長的相互影響進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，給出 了統(tǒng)一的污泥膨脹理論，并對不同類型的污泥膨脹給出了相應(yīng)的控制方法關(guān)鍵詞：活性污泥膨脹措施活性污泥法在處理城市污水及造紙、印染、化工等眾多有機(jī)工業(yè)廢水方面得到 了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果，但是活性污泥法在實(shí)際運(yùn)行中始終伴隨著一個(gè) 棘手的問題一污泥膨脹。其主要表現(xiàn)是

2、：污泥結(jié)構(gòu)松散，沉淀壓縮性能差；SV值增大 （有時(shí)達(dá)到90 % ,SVI達(dá)到300以上）；二次沉淀池難以固液分離，導(dǎo)致大量污泥流 失，出水渾濁；回流污泥濃度低，有時(shí)還伴隨大量的泡沫產(chǎn)生，直接影響著整個(gè)生 化系統(tǒng)的正常運(yùn)行?；钚晕勰嗯蛎浄譃槎N，一種是由于活性污泥中的絲狀菌過度增殖引起的絲狀 菌型污泥膨脹；另外一種是由于高親水性粘性物質(zhì)大量積累附著在污泥上，導(dǎo)致其 比重變輕，引起的粘性膨脹，屬于非絲狀菌型污泥膨脹。研究表明90 %以上的污 泥膨脹是由絲狀菌的過度增殖引起的，Segzin等人發(fā)現(xiàn),污泥沉降性能與絲狀菌的長 度有很好的相關(guān)性，107 m/ g的絲狀菌長度是污泥膨脹與否的重要分界線。1

3、活性污泥膨脹的主要原因1。1認(rèn)識絲狀菌絲狀菌是一大類菌體相連而形成絲狀的微生物的統(tǒng)稱，荷蘭學(xué)者Eikelboom將 絲狀菌分為29個(gè)類型、7個(gè)群,并制成了活性污泥絲狀微生物檢索表。不同的絲 狀菌對生長環(huán)境有著不同的要求，表1列出了各種不同條件下優(yōu)勢絲狀菌的類表2絲狀茵與菌膠團(tuán)細(xì)菌理化性質(zhì)對比表【習(xí)性質(zhì)絲狀菌1最大生鮮/ tax基質(zhì)親合力/ Kf1=13 DO親合力f Kdo性質(zhì)絲狀菌1最大生鮮/ tax基質(zhì)親合力/ Kf1=13 DO親合力f Kdo高 4 4J-1低 64mg/l低0.低 3 0d e40mg/l0 027mg/l4內(nèi)源代謝率島5產(chǎn)率系如6積累能力/宣0 D12d-1D.15

4、3g/g0.OlOd 10 139g/g耐譏娥能力及貯存能力高非常低絲狀菌的功能與其結(jié)構(gòu)形態(tài)密切相關(guān)。長絲狀形態(tài)有利于其在固相上附著生長, 長絲狀形態(tài)比表面積大，有利于攝取低濃度底物，在底物濃度相對較低的條件下比 菌膠團(tuán)增殖速度快，在底物濃度較高時(shí)則比菌膠團(tuán)增殖速度慢。許多絲狀菌表面具 有膠質(zhì)的鞘，能分泌粘液，粘液層能夠保證一定的胞外酶濃度，并減少水流對細(xì)胞 的沖刷表2絲乂田與菌茂團(tuán)細(xì)茵理化性質(zhì)對比表E習(xí)序號1ST性質(zhì)尹值五甘狀因1最大生長逮率/隈tale筒 4 4d* 1低3. Od* 12基質(zhì)親力/ Ks低 54mgi高40mg/13DO親合力f Kdd低 0. lmg/1肓0. 027m

5、g/14內(nèi)海代謝率/ Ki高 0012d 1低 0.010d 15產(chǎn)率系黝鬲 0 153g/g低 0.1知R 86積累能力/ A低7耐譏餓能力及貯存能力高非常低絲狀菌生物種類繁多、數(shù)量大，對生長環(huán)境要求低。其生理生長特性表現(xiàn)為：吸 附能力強(qiáng)、增殖速率快、耐低溶氧能力以及耐低基質(zhì)濃度的能力都很強(qiáng)。根據(jù)絲狀菌 是否易被菌膠團(tuán)附著，形成污泥絮體分為結(jié)構(gòu)型絲狀菌和非結(jié)構(gòu)型絲狀菌4。在正 常水處理工程運(yùn)行條件下，具有結(jié)構(gòu)絲狀菌的絮體占絕對優(yōu)勢，非結(jié)構(gòu)絲狀菌因其 表面含有特定的抗體不易被菌膠團(tuán)附著，彼此存在拮抗關(guān)系。因此其存在的數(shù)量很少，表2列出了絲狀菌和菌膠團(tuán)的理化性質(zhì)。從表2可以看出，正常運(yùn)行情況下，

6、菌膠團(tuán)菌的最大生長速率較絲狀菌高，其生長 是占優(yōu)勢的。如果一旦所處的環(huán)境發(fā)生了較大的有利于絲狀菌增殖的變化，超過了活 性污泥這個(gè)微生物群落自身的調(diào)節(jié)能力,就會導(dǎo)致絲狀菌過度增殖觸發(fā)污泥膨脹。112絲狀菌與污泥絮體結(jié)構(gòu)的關(guān)系活性污泥是一個(gè)混合培養(yǎng)系統(tǒng)，任何活性污泥系 統(tǒng)中都存在著絲狀菌。龍騰銳等人把正常運(yùn)行時(shí)活性污泥結(jié)構(gòu)形態(tài)分成了四類，I 型：致密、細(xì)小，看不到絲狀菌為骨架的污泥；U型:有明顯絲狀骨架、呈長條形的 污泥；川型:厚實(shí)、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨型污泥；W型:有孔洞結(jié)構(gòu)的巨型污泥。污泥 膨脹時(shí)其結(jié)構(gòu)形態(tài)又可分為兩類；V型:結(jié)構(gòu)絲狀菌大量生長、從菌膠團(tuán)中伸出，絮 體結(jié)構(gòu)松散：切型:非結(jié)構(gòu)絲狀菌大

7、量生長，不形成絮體。正常運(yùn)行時(shí)長條形污泥、 網(wǎng)狀污泥和孔洞污泥（型）一般可占90 %以上。也就是說具有良好沉降性和傳質(zhì)性能 的菌膠團(tuán)是以結(jié)構(gòu)絲狀菌為骨架，菌膠團(tuán)附著于其上而形成的，它們是去除有機(jī)物的 主要組成部分。大量研究表明，菌膠團(tuán)與結(jié)構(gòu)絲狀菌之間是相互依存。結(jié)構(gòu)絲狀菌交 織生長，菌膠團(tuán)附著其上形成新生污泥，絲狀菌形成了絮體骨架，為絮體形成較大 顆粒同時(shí)保持一定的松散度提供了必要條件。而菌膠團(tuán)的附著使絮體具有一定的沉 降性而不易被出水帶走，并且由于菌膠團(tuán)的包附使得結(jié)構(gòu)絲狀菌獲得更加穩(wěn)定、良好 的生態(tài)條件，可見這兩大類微生物在活性污泥中形成了特殊的共生體系。113污泥膨脹的主要原因一直以來，對

8、于活性污泥膨脹的誘發(fā)機(jī)理有許多不同的理 論。其中比較有影響的理論有：比表面積假說。該理論認(rèn)為：絲狀菌的比表面積 要大大超過菌膠團(tuán)微生物的比表面積。這樣當(dāng)基質(zhì)受限制時(shí)絲狀菌生長占優(yōu)勢，而菌 膠團(tuán)微生物的生長則受到限制。這一假說解釋低基質(zhì)濃度和N、P元素缺乏型的 污泥膨脹是比較有效的。（2）積累/再生假說。它能對高負(fù)荷條件下發(fā)生絲狀菌污泥 膨脹問 題作較為合理的解釋6 。（3） Chudoba等人在1973年提出的選擇性理 論。該理論以微生物生長動力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物的最大生長速率和飽和常數(shù) Ks不同，分析絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌的競爭情況，從而對污泥膨脹現(xiàn)象做出合理的解釋 7 ,目前該理論已

9、被人們廣泛接受。（4）污泥膨脹的饑餓假說。Chiesa等人綜合不同研 究者的結(jié)果，并根據(jù)污水中不可降解基質(zhì)和微生物衰減系數(shù)對微生物生長速率的影 響而提出。通過對近些年來活性污泥膨脹問題國內(nèi)外研究進(jìn)展的分析和綜合，可以將主要 的活性污泥絲狀菌膨脹的原因分為五種類型：即(1)基質(zhì)限制；(2)溶解氧限制；營 養(yǎng)物缺乏型；(高、低p H沖擊引起；(腐敗廢水或高硫化氫因素等膨脹類型。 王凱軍9 等人提出利用廣義的Monod方程來統(tǒng)一解釋污泥膨脹。認(rèn)為絲狀菌與菌膠 團(tuán)細(xì)菌競爭的數(shù)學(xué)模型，遵循多種基質(zhì)限制的廣義Monod方程，即Mo nod2Mc2Ge 方程：P=P max S1 / ( K1 + S1 )

10、 S2 / ( K2 + S2 ) ?Sn / ( Kn + Sn ) (1)式中：P max :最大生長速率(d - 1 );Ki :第I種基質(zhì)親和力(mg/1);Si :第1種基質(zhì)。根據(jù)動力學(xué)方程(1)可知，基質(zhì)限制、溶解氧限制和營養(yǎng)物缺乏型的膨脹問題其實(shí)質(zhì) 都是由于創(chuàng)造了一個(gè)更適合絲狀菌增殖的環(huán)境(如低基質(zhì)環(huán)境、高負(fù)荷時(shí)低DO及低碳氮、碳磷比等)，導(dǎo)致原有的菌膠團(tuán)和絲狀菌之間的平衡被打破，菌膠 團(tuán)菌的生長受到抑制，絲狀菌異常增殖引起污泥膨脹。圖1，圖2是根據(jù)Monod方程 給出了負(fù)荷及曝氣強(qiáng)度對菌膠團(tuán)及絲狀菌的影響11。另外要說明的是當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時(shí)引起的膨脹不能歸入這一理論。原因在于由于

11、氮的嚴(yán)重缺乏，使微生物不能充分利用碳源合成細(xì)胞物質(zhì)，使得過量的碳源被轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨扔H水型多 糖類胞外貯存物，從而形成大量結(jié)合水，影響污泥沉降性能，產(chǎn)生了高粘性的膨脹 其類型不屬于絲狀菌膨脹12 B1邊水負(fù)荷對茴血匱贍時(shí)影響從圖1可見，絲狀菌和菌膠團(tuán)細(xì)菌的競爭優(yōu)勢是根據(jù)負(fù)荷而變化的。采用如圖所 示的運(yùn)行條件，根據(jù)負(fù)荷的不同，可劃分為三個(gè)不同階段：低負(fù)荷階段( 1. IkgCOD/ kgMLSS ,d)由于主體溶液中的基質(zhì)濃度比較高，出現(xiàn)了溶解氧限 制的情況。在這之間是中等負(fù)荷范圍，絲狀菌與絮狀菌處于合理的比例系統(tǒng)不發(fā)生 膨脹。以上結(jié)果解釋了為什么在高、低負(fù)荷下都會發(fā)生污泥膨脹的原因。圖2是在有選擇器

12、條件下，不同曝氣條件(K1a )在低負(fù)荷和高負(fù)荷范圍仍 然會 發(fā)生膨脹。對于高負(fù)荷系統(tǒng)，高的曝氣強(qiáng)度可以提高污泥膨脹發(fā)生的上限，同時(shí)降 低了低負(fù)荷系統(tǒng)發(fā)生膨脹的下限。從圖2可見，中等負(fù)荷階段對于不同的曝氣強(qiáng)度 其發(fā)生污泥膨脹的上下限也會發(fā)生一定的變化，兩種微生物競爭優(yōu)勢發(fā)生轉(zhuǎn)變的界 限值是不同的，就是說如果供氧不充分，絲狀菌仍有可能大量繁殖導(dǎo)致膨脹。實(shí)驗(yàn) 的結(jié)果也表明，完全混合曝氣池對不同負(fù)荷下，維持穩(wěn)定的沉降性能所需要的溶解 氧濃度是不一樣的。并不是如文獻(xiàn)報(bào)道維持在固定的110 210mg/I之間?；钚晕勰嗯蛎浀姆乐未胧?.11預(yù)防措施污泥膨脹在各種類型的活性污泥工藝中都不同程度的存在，并且

13、一旦發(fā)生就難以控 制或需要相當(dāng)長的恢復(fù)時(shí)間。一般發(fā)生只要2 3d，而恢復(fù)正常卻要3倍泥齡以上的 時(shí)間。所以采取一些預(yù)防措施是很有必要的，也是應(yīng)該在實(shí)際運(yùn)行中值得重視的。 在工藝負(fù)荷的選擇上應(yīng)避開容易引起污泥膨脹的負(fù)荷范圍；在運(yùn)行過程中逐步調(diào)整運(yùn) 行參數(shù)或運(yùn)行方式以適應(yīng)不斷變化的水質(zhì)及水量，以創(chuàng)造一個(gè)適合菌膠團(tuán)生長的環(huán) 境，達(dá)到避免污泥膨脹的發(fā)生。尤其在污泥膨脹發(fā)生的初始階段，應(yīng)能通過監(jiān)測污泥 沉降性及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、找出原因、提出解決方案，使問題在初期得到解決。防止污 泥膨脹的發(fā)生是解決污泥膨脹的最好辦法。212活性污泥膨脹控制措施傳統(tǒng)控制絲狀菌引起的污泥膨脹的主要手段是利用絲狀 菌具有較大的比表

14、面積值,采用藥劑殺死絲狀菌，或是投加無機(jī)或有機(jī)混凝劑或助凝 劑以增加污泥絮體的比重。但實(shí)踐證明這些方法無法徹底解決污泥膨脹問題，往往一 停藥，膨脹還會繼續(xù)發(fā)作,并且相反地會帶來出水水質(zhì)惡化的不良后果。隨著研究 的逐步深入，人們認(rèn)識到活性污泥中的菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌形成一個(gè)共生的微生物生 態(tài)體系。在這種共生的生態(tài)體系中，絲狀微生物作為污泥絮體的骨架是不可或缺的重 要組成部分，對于高效、穩(wěn)定地凈化廢水起重要作用。人們逐漸的從簡單地殺死絲狀 菌過渡到利用曝氣池中的生長環(huán)境，調(diào)整菌膠團(tuán)和絲狀菌的比例，從而達(dá)到控制污 泥膨脹發(fā)生的目的-即環(huán)境調(diào)控階段。環(huán)境調(diào)控概念的運(yùn)用是人們在污泥膨脹控制 技術(shù)和實(shí)踐上的一大進(jìn)步。其主要出發(fā)點(diǎn)是使曝氣池中的生態(tài)環(huán)境，有利于選擇性地 發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌，應(yīng)用生物競爭的機(jī)制抑制絲狀菌的過度生長和繁殖，將絲狀菌控制 在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，從而控制污泥膨脹的發(fā)生和發(fā)展。同時(shí)利用絲狀菌特性凈化 污水，穩(wěn)定處理工藝。近年來選擇器理論得到充分發(fā)展和應(yīng)用就是這一概念的具體體 現(xiàn)。當(dāng)污泥膨脹沒能在初期及時(shí)控制住，導(dǎo)致大面積暴發(fā)時(shí),首先還是要查找原因， 確定污泥膨脹的類型，如果是絲狀菌引起的膨脹，那還要通過對各種運(yùn)行條件的分析 確定所屬的具體膨脹類型，然后“對癥下藥”。參考