调试运管实战：污泥膨胀原因及控制措施

查看全部 · 发表于 2021-4-15 09:00:48

污水活性污泥处理法是污水处理一种主要方法，由于其经济、可靠的优势而得到广泛应用，并随着实际运行产生了阶段曝气、渐减曝气、AB工艺、A/O工艺、A2/O等系列变形工艺，但无论是哪种改进的工艺都会发生污泥膨胀现象，并且污泥膨胀现象发生非常广泛。污泥膨胀现象降低了污泥沉降性能，影响出水水质。因此污泥膨胀成为困扰人们最大的难题之一。

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，在我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，这给污水处理工作者造成很大的麻烦。本文将从污泥膨胀的内在因素着手，通过科学研究，整理出几种较为成熟且有普遍意义的观点，归纳一下污泥膨胀控制的一般方法。

01

活性污泥膨胀概述

污泥膨胀是指污泥体积膨胀，含水率上升，不易沉淀。Eikelboom按污泥絮体平均直径的大小将污泥分成大(>500μm)、中(150—500μm)、小(<150μm)三个等级，絮体尺寸不同的污泥，其界面沉淀速度有很大差异。污泥的沉降性能主要靠污泥容积指数(SVI)来描述，良好的活性污泥的SVI值小于100ml/g。

污泥膨胀问题是活性污泥白产生以来一直伴随并常常发生的一个棘手的问题。其主要特征是：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90%，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。

活性污泥发生膨胀后，由于膨胀污泥含水率高，不易沉淀，造成污泥流失增多。污泥膨胀常从以下几个方面判定：①丝状菌引起的污泥膨胀中，丝状菌总长度大于lx104m/g等;②污泥松散，污泥体积指数较大，一般认为SVI值超过200则标志已产生污泥膨胀;③沉降性能差，区域沉降速度小。 1.1 活性污泥膨胀特点

膨胀污泥有以下几个特点：一、发生几率高。据统计，在美国60%、德国50%、意大利50%的污水厂存在污泥膨胀问题。我国的绝大多数活性污泥法工艺的污水厂，也不同程度地存在污泥膨胀现象。二是普遍性强。污泥膨胀现象活性污泥及其演变而来的各种工艺中都存在。三是危害严重。发生污泥膨胀现象后能够造成污泥流失、出水悬浮物(SS)超标，最终导致处理能力大大降低。

1.2 活性污泥膨胀的分类

活性污泥膨胀有两种类型：一是丝状菌性污泥膨胀，由于丝状菌的大量繁殖而引起的丝状菌性污泥膨胀;二是非丝状菌性污泥膨胀，由于菌胶团细菌体内大量积累高粘性多糖类物质而引起的非丝状菌性膨胀。近年来又有人发现枯草杆菌和大肠杆菌也能引起污泥膨胀现象。

1.2.1 丝状菌性膨胀

丝状菌引起污泥膨胀是在污泥膨胀诱因诱发下导致丝状菌在同菌胶团的竞争中能够强势增长造成。目前可辨识的丝状污泥膨胀絮体有两种类型：第一类是长丝状菌从絮体中伸出，将各个絮体连接，形成丝状菌和絮体网;第二类是具有更开放(或扩散)的结构，由细菌沿丝状菌凝聚，形成细长的絮体。在解释丝状污泥膨胀现象上，有多种解释方法：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，丝状菌能够大量繁殖，占据主导地位，最终导致污泥膨胀。②选择性理论。该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生长速率和饱和常数分析丝状菌与菌胶团细菌的竞争情况。丝状菌具有低的最大生长速率和饱和常数，在低基质浓度、DO值时具有较高的生长速率，而菌胶团则刚好相反。③饥饿假说。该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的丝状菌，在低基质浓度下，基质浓度小于某值时，第二类微生物将占优势;当基质浓度大于该值时，只要溶解氧的传递不是限制因素，第一类微生物将占优势;在高基质低溶解氧情况下，第三类微生物将占优势。④Chudoba于1985年提出了积累/再生(AC/RG)假说。在高负荷条件下，菌胶团微生物累积有机基质的能力强，丝状菌较差。但此时微生物受溶解氧限制和控制，由于丝状菌需氧较少，完成积累/再生的循环较快，生长较快，形成污泥膨胀。

1.2.2 非丝状菌性膨胀

非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷较高时。由于污泥负荷高，微生物能够吸附大量的营养物质，但由于温度低，微生物对营养物质代谢速度慢，造成大量的高粘性多糖类物质在微生物表面积贮存，同时由于多糖类物质具有强亲水性，使活性污泥表面附着水大大增加，因而影响活性污泥沉降性能变差。

1.2.3 其它菌种因素

近年来，有人发现诸如大肠杆菌、枯草杆菌等也能引起污泥膨胀。大肠杆菌虽为杆菌但它有时成链条状，也能够引起污泥膨胀;枯草杆菌引起污泥膨胀是由于在其生长的某特定阶段能够形成链条状形态所致。

02

污泥膨胀的影响因素

2.1 温度

每种细菌都有其适宜生长的温度范围。Daigger等人研究表明，较低温度有利于丝状菌的生长。试验表明10℃时容易导致丝状菌性污泥膨胀现象，而污水温度提高到22℃则不再产生膨胀现象。

2.2 营养比例

通常认为污水中BOD5：N：P=100：5：1为微生物的适宜比例。如果污水中各营养成分不能满足该比例时则可能导致污泥膨胀。例如R.E.Sheder等人报道了在缺N的情况下，由于丝状菌对N、P等营养物质有较强的亲和力，在该类营养物质浓度较低的情况下对其有累积能力，因此不能抑制丝状菌的生长，而其它种微生物则受到N、P的限制而逐渐被丝状菌所替代，造成污泥膨胀。

2.3 污泥负荷

大多数人们认为低负荷容易造成污泥膨胀。因为在低负荷情况下，菌胶团细菌对营养物质的吸收受到限制，而丝状菌比菌胶团细菌有更大的比表面积，在低负荷下具有更强的捕食能力。但也有人认为只有污泥负荷在某个范围内才不易引起污泥膨胀现象。Pipes通过对多个污水处理厂调查研究，发现污泥负荷在0.25～0.45kg(BOD5)/kg(MISS)˙d范围内才不易引发污泥膨胀，低于或高于这个范国都可能导致污泥膨胀。

2.4 溶解氧值

溶解氧值(DO)也是导致污泥膨胀的因素。大多数认为溶解氧浓度低时由于丝状菌比菌胶团细菌有更高的溶解氧亲合力和忍耐力，因此在低氧条件下丝状菌比菌胶团细菌有更强的竞争力，所以在溶解氧浓度低的情况下易造成污泥膨胀。

2.5 pH值

菌胶团的适宜pH值范围是6.5—8.5，当pH值低于6.0时，其生长受到抑制，而在该pH范围内有利于真菌的繁殖，当降低到4.5时真菌则完全占据优势，菌胶团原生动物消失，污泥絮体遭到破坏，最终导致污泥膨胀现象。

2.6 早期消化

污水在进入污水处理厂之前在城市污水管道或在预处理区停留时间过长，能够发生系列反应，生成硫化物等，而当污水中硫化物含量较高时易引起多种等硫丝菌的过度繁殖，最终导致污泥膨胀。

03

污泥膨胀的控制措施

3.1 应急措施

适用于临时应急，主要方法是投加药物增强污泥沉降性能或是直接杀死丝状菌。投加铁盐铝盐等混凝剂可以直接提高污泥的压密性保证沉淀出水。另外，投加一些化学药剂，如氯气，加在回流污泥中也可以达到消除污泥膨胀现象。投加过氧化氢和臭氧也可以起到破坏丝状菌的效果。

采用这种方法一般能较快降低SVI值，但这些方法并没有从根本上控制丝状菌的繁殖，一旦停止加药，污泥膨胀现象可以又会卷土重来。而且投药有可能破坏生化系统的微生物生长环境，导致处理效果降低，所以，这种办法只能做为临时应急时用。

3.2 改善生化环境

污水厂发生污泥膨胀的时候，一般无法从工艺流程、池型和曝气方式的改变来解决，只能在正在运行的流程基础上通过改变生化池内的微生物生长环境来抑制或消除丝状菌的过度繁殖。在不同的工艺和水质的情况下，很难有一个放之四海而皆准的解决方案。但生化工艺常遇见的几种应该注意的问题必须加以注意：①污水性质的控制：pH的大小、温度的高低、营养成份的多少都会影响该生化系统。②保持池内足够的溶解氧：一般至少应控制DO>2毫克。③沉淀池内的污泥应及时排出或回流，防止其发生厌氧现象。

在解决了以上问题后，如果污泥膨胀现象仍得不到控制，就得根据实际情况加以分析，下面针对几中常见的工艺提出一些指导性的方法，供污水处理工作者参考。

3.2.1 高负荷活性污泥工艺

目前国内对活性污泥工艺的设计通常采用中等负荷(0.3KgBOD5/(kgMLSS˙d))，而在实际中人们从经济角度考虑总是采用较高的负荷，所以高负荷下的污泥膨胀在中国具体较为广泛的意义。在高负荷情况下，最常见的是DO不足，所以先采取提高气水比，强化曝气，在推流式曝气池内首端采用射流曝气等方式，观察一段时间，找出问题的所在。

如果在以上措施采取后一段时间情况仍无好转，则可考虑在曝气池头部加设软填料。这一部份对于有机酸去除率很高，从而去除丝状菌的生长促进因素，帮助絮状菌生长。这个方法比较有效，但造价较高，且对以后的维修管理造成不便。或者在曝气池前设置一个水力停留时间约为15min的选择器，一般能很有效的抑制丝状菌的生长。

对于间歇式进水的SBR工艺来说，反应器本身是完全混合式的，而且在时间上其污染物的基质就存在浓度梯度，所以无需再另设选择器。通常间歇式SBR工艺产生污泥膨胀的原因是，污泥浓度过高，而进水有机物浓度偏低或水量偏小而导致污泥负荷偏低。对于这种情况，降低排出比，提高基质初始浓度，并对SBR强制排泥，一般就能够对污泥膨胀现象进行有效的控制。而对于连续进水的SBR如ICEAS和CASS等工艺如果发生污泥膨胀的话，就有必要在进水端设置一个预反应区或生物反应器了。

3.2.2 低负荷活性污泥工艺

低负荷活性污泥工艺曝气池内基质浓度较低，丝状菌容易获得较高的增长效率，所以是最容易产生污泥膨胀。除了在水质和曝气上想办法外，最根本和有效的是将曝气池分成多格且以推流方式运行，或增设一个分格设置的小型预曝气池作为生物选择器，在这个选择器内采用高污泥负荷，吸附部分有机物并消除有机酸。这个办法不但有助于抑制污泥膨胀，并能有效的改善生化处理效果。在曝气池内增加填料的方法也同样在低负荷完全混合工艺中适用。

对于A/O和A2/O工艺可通过在在好氧段前设置缺氧段和厌氧段以及污泥回流系统，使混合菌群交替处于缺氧和好氧状态，并使有机物浓度发生周期性变化，这既控制了污泥膨胀又改善了污泥的沉降性能。而交替工作式氧化沟和UNITANK工艺等连续进水的系统因为其本身在时间和空间上就有了实际上的“选择器”，所以对污泥膨胀有着效强的控制能力。如果这两种工艺发生污泥膨胀，则可通过调整曝气控制溶氧量和控制回流污泥量来调节池内的污泥负荷及DO，通过一段时间的改善，一般能够控制住污泥膨胀现象。

污泥膨胀是活性污泥法问世以来一直困扰人们的难题。目前人类对污泥膨胀的研究虽然有了一定的成果，但是由于各地的污水水质以及运行状况不同，引起活性污泥膨胀现象的因素多种多样，所以至今未能有一种能够适用于所有污泥膨胀现象的合理解释。只有结合本地的实际情况、处理水质、运行条件等因素考虑才能作出有针对性的解释，同时应该大胆实践不断总结并和同行广泛交流，从而更快找到行之有效地解决方法。

04

污泥膨胀的诱因

目前, 对污泥膨胀的研究可以分为两个方面, 一方面从工艺运行的角度来研究。比如: 调整污水的pH 值、溶解氧、泥龄等;  另一方面是对引起污泥膨胀的微生物进行研究。这两个方面是相互影响、相互联系、相互制约的。从目前已有的研究成果来看, 活性污泥膨胀的发生与以下几种因素有关。

1、进水水质

(1) 进水中氮和磷营养物质缺乏: 当进水中氮和磷含量不足时,会使低营养型微生物如: 贝氏硫细菌、浮游分枝球衣菌等丝状菌过量繁殖,  出现丝状菌污泥膨胀。最近的研究表明, 当磷充足而氮缺乏时,由于营养比例失调,会出现非丝状菌污泥膨胀。因此, 要严格控制常规性污泥法 BOD∶ N∶ P=100∶  5∶ 1, 如果发生污泥膨胀, 应加入氨水、尿素、硫胺等。

(2) 进水中碳水化合物含量高, 含有大量可溶性有机物: 在导致丝状菌污泥膨胀的微生物中, 最有代表性的是球衣菌属,  它能将葡萄糖、乳糖等糖类物质直接作为能源利用, 同时分泌出高粘性物质, 覆盖在胶团菌表面, 大大提高污泥的水结合率, 导致非丝状菌污泥膨胀。此外,  活性污泥中的丝状菌与其他细菌相比, 对高分子物质的水解能力弱, 也难吸收不溶性物质。所以, 当进水中含可溶性有机物较多时, 丝状菌就易利用自身繁殖,  导致丝状菌膨胀。

(3) 进水中硫化物含量高, 腐败或早期消化的污水: 正常的活性污泥中硫代谢丝状菌含量不多, 若污水储存或在排水管道、初沉池中停留时间过长,  底物中硫化物含量偏高, 容易引起硫化菌、贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌的过量繁殖, 引起污泥的膨胀。

(4) 进水波动:进水波动是指进入活性污泥反应器的原水在流量以及有机物浓度、种类方面的改变,曝气池中有机物浓度突然增加。由于微生物的呼吸迅速,  溶解氧量降低, 丝状菌和絮凝性菌胶团争夺溶解氧, 丝状菌优势生长而引起膨胀。

2、pH 值

污水中的有机物由厌氧兼氧水解酸化而降解为低分子化合物, 如挥发性的有机酸、氨基酸、单糖、醇类等, 同时导致 pH 值降低,  这种环境有利于某些丝状菌的繁殖。Peidi Hu Peter 和 F.Storm报道说在pH≤5 的情况下, 易引起真菌丝状菌的膨胀。

3、温度

温度是影响微生物生长与生存的重要因素之一, 每种微生物都有各自的适宜生长温度。在某温度范围内, 若浮游球衣菌、发硫菌属等占优, 可能引起污泥膨胀。  有人通过观察引起丝状菌膨胀的主要原因, 细菌在 5℃、12℃和20℃下的生长情况, 认为低温有利于丝状菌的生长。也有研究表明, 在其他条件等同的情况下,  10℃时产生严重的污泥膨胀, 如将反应器温度提高到 22℃时, 不再产生污泥膨胀。这也是大多数活性污泥在冬季会产生污泥膨胀的原因之一。

4、溶解氧

溶解氧作为构成活性污泥混合液三要素 ( 气、水、泥) 之一,是许多生物降解反应的必要条件,保持一定的溶解氧( DO) 含量,  是控制反应器的很重要因素之一。在 DO 较低的情况下 , 某些丝状菌 ( 如Sphaerotilusnatans, 1701 型) 因其饱和常数  Ko 较小, 对低浓度DO 有很大的亲合力而增殖迅速。但是,DO 在 “ 膨胀”与 “ 非膨胀”之间的临界值并不是固定的,  这是因为这个值还依赖于反应器中活性污泥负荷 Bx 的实际值。

5、BOD-污泥负荷

BOD-污泥负荷是设计活性污泥反应池和控制其运行的重要指标。不少学者研究发现, 污泥负荷在0.25～ 0.45kg BOD/kgMLSS.d  范围时沉降性能好, 超出这个范围会导致 SVI 值升高。

此外, 泥龄过长, 有机物浓度梯度小也会引起污泥膨胀。

6、进水中含有毒物质

不利于絮体形成的有毒有害物质如: H2S、酚、醛、酮等会使SVI 升高。据报道城市污水中, H2S 浓度超过1～ 2mg/L, 就可能发生污泥膨胀,  控制这一类型的膨胀可以采用预曝气, 或采用重金属盐类形成沉淀去除 H2S 等。

此外, 排泥不畅通也是引起非丝状菌污泥膨胀的一个诱因。