摘要：污水生化處理中污泥膨脹現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象。本文通過查閱大量資料，對(duì)該現(xiàn)象的特點(diǎn)及分類等方面進(jìn)行分析，并從溫度、營(yíng)養(yǎng)比例、污泥負(fù)荷、DO值、pH值、早期消化等角度進(jìn)行研究，得出不同條件下，產(chǎn)生污泥膨脹的原因及控制措施。

污水活性污泥處理法是污水處理一種主要方法，由于其經(jīng)濟(jì)、可靠的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用，并隨著實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生了階段曝氣、漸減曝氣、AB工藝、A/O工藝、A2/O等系列變形工藝，但無論是哪種改進(jìn)的工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，并且污泥膨脹現(xiàn)象發(fā)生非常廣泛。污泥膨脹現(xiàn)象降低了污泥沉降性能，影響出水水質(zhì)。因此污泥膨脹成為困擾人們最大的難題之一。

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，在我國(guó)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(zhǎng)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，這給污水處理工作者造成很大的麻煩。本文將從污泥膨脹的內(nèi)在因素著手，通過科學(xué)研究，整理出幾種較為成熟且有普遍意義的觀點(diǎn)，歸納一下污泥膨脹控制的一般方法。

1 活性污泥膨脹概述

污泥膨脹是指污泥體積膨脹，含水率上升，不易沉淀。Eikelboom按污泥絮體平均直徑的大小將污泥分成大(>500μm)、中(150—500μm)、小(<150μm)三個(gè)等級(jí)，絮體尺寸不同的污泥，其界面沉淀速度有很大差異。污泥的沉降性能主要靠污泥容積指數(shù)(SVI)來描述，良好的活性污泥的SVI值小于100ml/g。

污泥膨脹問題是活性污泥白產(chǎn)生以來一直伴隨并常常發(fā)生的一個(gè)棘手的問題。其主要特征是：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90%，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。

活性污泥發(fā)生膨脹后，由于膨脹污泥含水率高，不易沉淀，造成污泥流失增多。污泥膨脹常從以下幾個(gè)方面判定：①絲狀菌引起的污泥膨脹中，絲狀菌總長(zhǎng)度大于lx104m/g等;②污泥松散，污泥體積指數(shù)較大，一般認(rèn)為SVI值超過200則標(biāo)志已產(chǎn)生污泥膨脹;③沉降性能差，區(qū)域沉降速度小。 1.1 活性污泥膨脹特點(diǎn)

膨脹污泥有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一、發(fā)生幾率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)60%、德國(guó)50%、意大利50%的污水廠存在污泥膨脹問題。我國(guó)的絕大多數(shù)活性污泥法工藝的污水廠，也不同程度地存在污泥膨脹現(xiàn)象。二是普遍性強(qiáng)。污泥膨脹現(xiàn)象活性污泥及其演變而來的各種工藝中都存在。三是危害嚴(yán)重。發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象后能夠造成污泥流失、出水懸浮物(SS)超標(biāo)，最終導(dǎo)致處理能力大大降低。

1.2 活性污泥膨脹的分類

活性污泥膨脹有兩種類型：一是絲狀菌性污泥膨脹，由于絲狀菌的大量繁殖而引起的絲狀菌性污泥膨脹;二是非絲狀菌性污泥膨脹，由于菌膠團(tuán)細(xì)菌體內(nèi)大量積累高粘性多糖類物質(zhì)而引起的非絲狀菌性膨脹。近年來又有人發(fā)現(xiàn)枯草桿菌和大腸桿菌也能引起污泥膨脹現(xiàn)象。

1.2.1 絲狀菌性膨脹

絲狀菌引起污泥膨脹是在污泥膨脹誘因誘發(fā)下導(dǎo)致絲狀菌在同菌膠團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)中能夠強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)造成。目前可辨識(shí)的絲狀污泥膨脹絮體有兩種類型：第一類是長(zhǎng)絲狀菌從絮體中伸出，將各個(gè)絮體連接，形成絲狀菌和絮體網(wǎng);第二類是具有更開放(或擴(kuò)散)的結(jié)構(gòu)，由細(xì)菌沿絲狀菌凝聚，形成細(xì)長(zhǎng)的絮體。在解釋絲狀污泥膨脹現(xiàn)象上，有多種解釋方法：①(A/V)假說。當(dāng)混合液中基質(zhì)受到限制或控制時(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，絲狀菌能夠大量繁殖，占據(jù)主導(dǎo)地位，最終導(dǎo)致污泥膨脹。②選擇性理論。該理論以微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物具有不同的最大生長(zhǎng)速率和飽和常數(shù)分析絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)情況。絲狀菌具有低的最大生長(zhǎng)速率和飽和常數(shù)，在低基質(zhì)濃度、DO值時(shí)具有較高的生長(zhǎng)速率，而菌膠團(tuán)則剛好相反。③饑餓假說。該假說將活性污泥中微生物分為三類，第一類是菌膠團(tuán)細(xì)菌，第二類是具有高基質(zhì)親和力但生長(zhǎng)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(zhǎng)的絲狀菌，在低基質(zhì)濃度下，基質(zhì)濃度小于某值時(shí)，第二類微生物將占優(yōu)勢(shì);當(dāng)基質(zhì)濃度大于該值時(shí)，只要溶解氧的傳遞不是限制因素，第一類微生物將占優(yōu)勢(shì);在高基質(zhì)低溶解氧情況下，第三類微生物將占優(yōu)勢(shì)。④Chudoba于1985年提出了積累/再生(AC/RG)假說。在高負(fù)荷條件下，菌膠團(tuán)微生物累積有機(jī)基質(zhì)的能力強(qiáng)，絲狀菌較差。但此時(shí)微生物受溶解氧限制和控制，由于絲狀菌需氧較少，完成積累/再生的循環(huán)較快，生長(zhǎng)較快，形成污泥膨脹。

1.2.2 非絲狀菌性膨脹

非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷較高時(shí)。由于污泥負(fù)荷高，微生物能夠吸附大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但由于溫度低，微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝速度慢，造成大量的高粘性多糖類物質(zhì)在微生物表面積貯存，同時(shí)由于多糖類物質(zhì)具有強(qiáng)親水性，使活性污泥表面附著水大大增加，因而影響活性污泥沉降性能變差。

1.2.3 其它菌種因素

近年來，有人發(fā)現(xiàn)諸如大腸桿菌、枯草桿菌等也能引起污泥膨脹。大腸桿菌雖為桿菌但它有時(shí)成鏈條狀，也能夠引起污泥膨脹;枯草桿菌引起污泥膨脹是由于在其生長(zhǎng)的某特定階段能夠形成鏈條狀形態(tài)所致。

2 污泥膨脹的影響因素

2.3 溫度

每種細(xì)菌都有其適宜生長(zhǎng)的溫度范圍。Daigger等人研究表明，較低溫度有利于絲狀菌的生長(zhǎng)。試驗(yàn)表明10℃時(shí)容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹現(xiàn)象，而污水溫度提高到22℃則不再產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。

2.2 營(yíng)養(yǎng)比例

通常認(rèn)為污水中BOD5：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。如果污水中各營(yíng)養(yǎng)成分不能滿足該比例時(shí)則可能導(dǎo)致污泥膨脹。例如R.E.Sheder等人報(bào)道了在缺N的情況下，由于絲狀菌對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，在該類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度較低的情況下對(duì)其有累積能力，因此不能抑制絲狀菌的生長(zhǎng)，而其它種微生物則受到N、P的限制而逐漸被絲狀菌所替代，造成污泥膨脹。

2.3 污泥負(fù)荷

大多數(shù)人們認(rèn)為低負(fù)荷容易造成污泥膨脹。因?yàn)樵诘拓?fù)荷情況下，菌膠團(tuán)細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收受到限制，而絲狀菌比菌膠團(tuán)細(xì)菌有更大的比表面積，在低負(fù)荷下具有更強(qiáng)的捕食能力。但也有人認(rèn)為只有污泥負(fù)荷在某個(gè)范圍內(nèi)才不易引起污泥膨脹現(xiàn)象。Pipes通過對(duì)多個(gè)污水處理廠調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)污泥負(fù)荷在0.25～0.45kg(BOD5)/kg(MISS)˙d范圍內(nèi)才不易引發(fā)污泥膨脹，低于或高于這個(gè)范國(guó)都可能導(dǎo)致污泥膨脹。

2.4 溶解氧值

溶解氧值(DO)也是導(dǎo)致污泥膨脹的因素。大多數(shù)認(rèn)為溶解氧濃度低時(shí)由于絲狀菌比菌膠團(tuán)細(xì)菌有更高的溶解氧親合力和忍耐力，因此在低氧條件下絲狀菌比菌膠團(tuán)細(xì)菌有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，所以在溶解氧濃度低的情況下易造成污泥膨脹。

2.5 pH值

菌膠團(tuán)的適宜pH值范圍是6.5—8.5，當(dāng)pH值低于6.0時(shí)，其生長(zhǎng)受到抑制，而在該pH范圍內(nèi)有利于真菌的繁殖，當(dāng)降低到4.5時(shí)真菌則完全占據(jù)優(yōu)勢(shì)，菌膠團(tuán)原生動(dòng)物消失，污泥絮體遭到破壞，最終導(dǎo)致污泥膨脹現(xiàn)象。

2.6 早期消化

污水在進(jìn)入污水處理廠之前在城市污水管道或在預(yù)處理區(qū)停留時(shí)間過長(zhǎng)，能夠發(fā)生系列反應(yīng)，生成硫化物等，而當(dāng)污水中硫化物含量較高時(shí)易引起多種等硫絲菌的過度繁殖，最終導(dǎo)致污泥膨脹。

3 污泥膨脹的控制措施

3.1 應(yīng)急措施

適用于臨時(shí)應(yīng)急，主要方法是投加藥物增強(qiáng)污泥沉降性能或是直接殺死絲狀菌。投加鐵鹽鋁鹽等混凝劑可以直接提高污泥的壓密性保證沉淀出水。另外，投加一些化學(xué)藥劑，如氯氣，加在回流污泥中也可以達(dá)到消除污泥膨脹現(xiàn)象。投加過氧化氫和臭氧也可以起到破壞絲狀菌的效果。

采用這種方法一般能較快降低SVI值，但這些方法并沒有從根本上控制絲狀菌的繁殖，一旦停止加藥，污泥膨脹現(xiàn)象可以又會(huì)卷土重來。而且投藥有可能破壞生化系統(tǒng)的微生物生長(zhǎng)環(huán)境，導(dǎo)致處理效果降低，所以，這種辦法只能做為臨時(shí)應(yīng)急時(shí)用。

3.2 改善生化環(huán)境

污水廠發(fā)生污泥膨脹的時(shí)候，一般無法從工藝流程、池型和曝氣方式的改變來解決，只能在正在運(yùn)行的流程基礎(chǔ)上通過改變生化池內(nèi)的微生物生長(zhǎng)環(huán)境來抑制或消除絲狀菌的過度繁殖。在不同的工藝和水質(zhì)的情況下，很難有一個(gè)放之四海而皆準(zhǔn)的解決方案。但生化工藝常遇見的幾種應(yīng)該注意的問題必須加以注意：①污水性質(zhì)的控制：pH的大小、溫度的高低、營(yíng)養(yǎng)成份的多少都會(huì)影響該生化系統(tǒng)。②保持池內(nèi)足夠的溶解氧：一般至少應(yīng)控制DO>2毫克。③沉淀池內(nèi)的污泥應(yīng)及時(shí)排出或回流，防止其發(fā)生厭氧現(xiàn)象。

在解決了以上問題后，如果污泥膨脹現(xiàn)象仍得不到控制，就得根據(jù)實(shí)際情況加以分析，下面針對(duì)幾中常見的工藝提出一些指導(dǎo)性的方法，供污水處理工作者參考。

3.2.1 高負(fù)荷活性污泥工藝

目前國(guó)內(nèi)對(duì)活性污泥工藝的設(shè)計(jì)通常采用中等負(fù)荷(0.3KgBOD5/(kgMLSS˙d))，而在實(shí)際中人們從經(jīng)濟(jì)角度考慮總是采用較高的負(fù)荷，所以高負(fù)荷下的污泥膨脹在中國(guó)具體較為廣泛的意義。在高負(fù)荷情況下，最常見的是DO不足，所以先采取提高氣水比，強(qiáng)化曝氣，在推流式曝氣池內(nèi)首端采用射流曝氣等方式，觀察一段時(shí)間，找出問題的所在。

如果在以上措施采取后一段時(shí)間情況仍無好轉(zhuǎn)，則可考慮在曝氣池頭部加設(shè)軟填料。這一部份對(duì)于有機(jī)酸去除率很高，從而去除絲狀菌的生長(zhǎng)促進(jìn)因素，幫助絮狀菌生長(zhǎng)。這個(gè)方法比較有效，但造價(jià)較高，且對(duì)以后的維修管理造成不便。或者在曝氣池前設(shè)置一個(gè)水力停留時(shí)間約為15min的選擇器，一般能很有效的抑制絲狀菌的生長(zhǎng)。

對(duì)于間歇式進(jìn)水的SBR工藝來說，反應(yīng)器本身是完全混合式的，而且在時(shí)間上其污染物的基質(zhì)就存在濃度梯度，所以無需再另設(shè)選擇器。通常間歇式SBR工藝產(chǎn)生污泥膨脹的原因是，污泥濃度過高，而進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低或水量偏小而導(dǎo)致污泥負(fù)荷偏低。對(duì)于這種情況，降低排出比，提高基質(zhì)初始濃度，并對(duì)SBR強(qiáng)制排泥，一般就能夠?qū)ξ勰嗯蛎洭F(xiàn)象進(jìn)行有效的控制。而對(duì)于連續(xù)進(jìn)水的SBR如ICEAS和CASS等工藝如果發(fā)生污泥膨脹的話，就有必要在進(jìn)水端設(shè)置一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū)或生物反應(yīng)器了。

3.2.2 低負(fù)荷活性污泥工藝

低負(fù)荷活性污泥工藝曝氣池內(nèi)基質(zhì)濃度較低，絲狀菌容易獲得較高的增長(zhǎng)效率，所以是最容易產(chǎn)生污泥膨脹。除了在水質(zhì)和曝氣上想辦法外，最根本和有效的是將曝氣池分成多格且以推流方式運(yùn)行，或增設(shè)一個(gè)分格設(shè)置的小型預(yù)曝氣池作為生物選擇器，在這個(gè)選擇器內(nèi)采用高污泥負(fù)荷，吸附部分有機(jī)物并消除有機(jī)酸。這個(gè)辦法不但有助于抑制污泥膨脹，并能有效的改善生化處理效果。在曝氣池內(nèi)增加填料的方法也同樣在低負(fù)荷完全混合工藝中適用。

對(duì)于A/O和A2/O工藝可通過在在好氧段前設(shè)置缺氧段和厭氧段以及污泥回流系統(tǒng)，使混合菌群交替處于缺氧和好氧狀態(tài)，并使有機(jī)物濃度發(fā)生周期性變化，這既控制了污泥膨脹又改善了污泥的沉降性能。而交替工作式氧化溝和UNITANK工藝等連續(xù)進(jìn)水的系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧碓跁r(shí)間和空間上就有了實(shí)際上的“選擇器”，所以對(duì)污泥膨脹有著效強(qiáng)的控制能力。如果這兩種工藝發(fā)生污泥膨脹，則可通過調(diào)整曝氣控制溶氧量和控制回流污泥量來調(diào)節(jié)池內(nèi)的污泥負(fù)荷及DO，通過一段時(shí)間的改善，一般能夠控制住污泥膨脹現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

污泥膨脹是活性污泥法問世以來一直困擾人們的難題。目前人類對(duì)污泥膨脹的研究雖然有了一定的成果，但是由于各地的污水水質(zhì)以及運(yùn)行狀況不同，引起活性污泥膨脹現(xiàn)象的因素多種多樣，所以至今未能有一種能夠適用于所有污泥膨脹現(xiàn)象的合理解釋。只有結(jié)合本地的實(shí)際情況、處理水質(zhì)、運(yùn)行條件等因素考慮才能作出有針對(duì)性的解釋，同時(shí)應(yīng)該大膽實(shí)踐不斷總結(jié)并和同行廣泛交流，從而更快找到行之有效地解決方法。