1、活性污泥膨脹的主要原因與對策摘要針對工業廢水采用普通活性污泥法處理易出現的絲狀菌型污泥膨脹，對絲 狀菌 型污泥膨脹分析和總結出五種主要膨脹類型。即：基質限制，溶解氧限制，營養物質缺 乏型，腐敗廢水或硫化物因素和高、低pH沖擊。對負荷、溶解氧、水質和水量變 化等因素對污泥膨脹中菌膠團和絲狀菌生長的相互影響進行了較為詳細的闡述，給出 了統一的污泥膨脹理論，并對不同類型的污泥膨脹給出了相應的控制方法關鍵詞：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、化工等眾多有機工業廢水方面得到 了廣泛的應用，并取得了良好的效果，但是活性污泥法在實際運行中始終伴隨著一個 棘手的問題一污泥膨脹。其主要表現是

2、：污泥結構松散，沉淀壓縮性能差；SV值增大 （有時達到90 % ,SVI達到300以上）；二次沉淀池難以固液分離，導致大量污泥流 失，出水渾濁；回流污泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫產生，直接影響著整個生 化系統的正常運行。活性污泥膨脹分為二種，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大量積累附著在污泥上，導致其 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等人發現,污泥沉降性能與絲狀菌的長 度有很好的相關性，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稱，荷蘭學者Eikelboom將 絲狀菌分為29個類型、7個群,并制成了活性污泥絲狀微生物檢索表。不同的絲 狀菌對生長環境有著不同的要求，表1列出了各種不同條件下優勢絲狀菌的類表2絲狀茵與菌膠團細菌理化性質對比表【習性質絲狀菌1最大生鮮/ tax基質親合力/ Kf1=13 DO親合力f Kdo性質絲狀菌1最大生鮮/ tax基質親合力/ Kf1=13 DO親合力f Kdo高 4 4J-1低 64mg/l低0.低 3 0d e40mg/l0 027mg/l4內源代謝率島5產率系如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構形態密切相關。長絲狀形態有利于其在固相上附著生長, 長絲狀形態比表面積大，有利于攝取低濃度底物，在底物濃度相對較低的條件下比 菌膠團增殖速度快，在底物濃度較高時則比菌膠團增殖速度慢。許多絲狀菌表面具 有膠質的鞘，能分泌粘液，粘液層能夠保證一定的胞外酶濃度，并減少水流對細胞 的沖刷表2絲乂田與菌茂團細茵理化性質對比表E習序號1ST性質尹值五甘狀因1最大生長逮率/隈tale筒 4 4d* 1低3. Od* 12基質親力/ Ks低 54mgi高40mg/13DO親合力f Kdd低 0. lmg/1肓0. 027m

5、g/14內海代謝率/ Ki高 0012d 1低 0.010d 15產率系黝鬲 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、數量大，對生長環境要求低。其生理生長特性表現為：吸 附能力強、增殖速率快、耐低溶氧能力以及耐低基質濃度的能力都很強。根據絲狀菌 是否易被菌膠團附著，形成污泥絮體分為結構型絲狀菌和非結構型絲狀菌4。在正 常水處理工程運行條件下，具有結構絲狀菌的絮體占絕對優勢，非結構絲狀菌因其 表面含有特定的抗體不易被菌膠團附著，彼此存在拮抗關系。因此其存在的數量很少，表2列出了絲狀菌和菌膠團的理化性質。從表2可以看出，正常運行情況下，

6、菌膠團菌的最大生長速率較絲狀菌高，其生長 是占優勢的。如果一旦所處的環境發生了較大的有利于絲狀菌增殖的變化，超過了活 性污泥這個微生物群落自身的調節能力,就會導致絲狀菌過度增殖觸發污泥膨脹。112絲狀菌與污泥絮體結構的關系活性污泥是一個混合培養系統，任何活性污泥系 統中都存在著絲狀菌。龍騰銳等人把正常運行時活性污泥結構形態分成了四類，I 型：致密、細小，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、具有網狀結構的巨型污泥；W型:有孔洞結構的巨型污泥。污泥 膨脹時其結構形態又可分為兩類；V型:結構絲狀菌大量生長、從菌膠團中伸出，絮 體結構松散：切型:非結構絲狀菌大

7、量生長，不形成絮體。正常運行時長條形污泥、 網狀污泥和孔洞污泥（型）一般可占90 %以上。也就是說具有良好沉降性和傳質性能 的菌膠團是以結構絲狀菌為骨架，菌膠團附著于其上而形成的，它們是去除有機物的 主要組成部分。大量研究表明，菌膠團與結構絲狀菌之間是相互依存。結構絲狀菌交 織生長，菌膠團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 顆粒同時保持一定的松散度提供了必要條件。而菌膠團的附著使絮體具有一定的沉 降性而不易被出水帶走，并且由于菌膠團的包附使得結構絲狀菌獲得更加穩定、良好 的生態條件，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機理有許多不同的理 論。其中比較有影響的理論有：比表面積假說。該理論認為：絲狀菌的比表面積 要大大超過菌膠團微生物的比表面積。這樣當基質受限制時絲狀菌生長占優勢，而菌 膠團微生物的生長則受到限制。這一假說解釋低基質濃度和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。它能對高負荷條件下發生絲狀菌污泥 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為基礎，根據不同種類微生物的最大生長速率和飽和常數 Ks不同，分析絲狀菌與菌膠團細菌的競爭情況，從而對污泥膨脹現象做出合理的解釋 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 究者的結果，并根據污水中不可降解基質和微生物衰減系數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外研究進展的分析和綜合，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)基質限制；(2)溶解氧限制；營 養物缺乏型；(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方程來統一解釋污泥膨脹。認為絲狀菌與菌膠 團細菌競爭的數學模型，遵循多種基質限制的廣義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種基質親和力(mg/1);Si :第1種基質。根據動力學方程(1)可知，基質限制、溶解氧限制和營養物缺乏型的膨脹問題其實質 都是由于創造了一個更適合絲狀菌增殖的環境(如低基質環境、高負荷時低DO及低碳氮、碳磷比等)，導致原有的菌膠團和絲狀菌之間的平衡被打破，菌膠 團菌的生長受到抑制，絲狀菌異常增殖引起污泥膨脹。圖1，圖2是根據Monod方程 給出了負荷及曝氣強度對菌膠團及絲狀菌的影響11。另外要說明的是當氮嚴重缺乏時引起的膨脹不能歸入這一理論。原因在于由于

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

12、條件下，不同曝氣條件(K1a )在低負荷和高負荷范圍仍 然會 發生膨脹。對于高負荷系統，高的曝氣強度可以提高污泥膨脹發生的上限，同時降 低了低負荷系統發生膨脹的下限。從圖2可見，中等負荷階段對于不同的曝氣強度 其發生污泥膨脹的上下限也會發生一定的變化，兩種微生物競爭優勢發生轉變的界 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致膨脹。實驗 的結果也表明，完全混合曝氣池對不同負荷下，維持穩定的沉降性能所需要的溶解 氧濃度是不一樣的。并不是如文獻報道維持在固定的110 210mg/I之間。活性污泥膨脹的防治措施2.11預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、一旦發生就難以控 制或需要相當長的恢復時間。一般發生只要2 3d，而恢復正常卻要3倍泥齡以上的 時間。所以采取一些預防措施是很有必要的，也是應該在實際運行中值得重視的。 在工藝負荷的選擇上應避開容易引起污泥膨脹的負荷范圍；在運行過程中逐步調整運 行參數或運行方式以適應不斷變化的水質及水量，以創造一個適合菌膠團生長的環 境，達到避免污泥膨脹的發生。尤其在污泥膨脹發生的初始階段，應能通過監測污泥 沉降性及時發現問題、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，或是投加無機或有機混凝劑或助凝 劑以增加污泥絮體的比重。但實踐證明這些方法無法徹底解決污泥膨脹問題，往往一 停藥，膨脹還會繼續發作,并且相反地會帶來出水水質惡化的不良后果。隨著研究 的逐步深入，人們認識到活性污泥中的菌膠團細菌和絲狀菌形成一個共生的微生物生 態體系。在這種共生的生態體系中，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境，調整菌膠團和絲狀菌的比例，從而達到控制污 泥膨脹發生的目的-即環境調控階段。環境調控概念的運用是人們在污泥膨脹控制 技術和實踐上的一大進步。其主要出發點是使曝氣池中的生態環境，有利于選擇性地 發展菌膠團細菌，應用生物競爭的機制抑制絲狀菌的過度生長和繁殖，將絲狀菌控制 在一個合理的范圍之內，從而控制污泥膨脹的發生和發展。同時利用絲狀菌特性凈化 污水，穩定處理工藝。近年來選擇器理論得到充分發展和應用就是這一概念的具體體 現。當污泥膨脹沒能在初期及時控制住，導致大面積暴發時,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