污泥膨脹問題是活性污泥自產(chǎn)生以來一直伴隨并常常發(fā)生的一個棘手的問題。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)重的異常現(xiàn)象之一，它直接影響出水水質(zhì)，并危害整個生化系統(tǒng)的運(yùn)作。
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有不同程度的污泥膨脹發(fā)生，在我國的發(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，通常都需要很長的時間來調(diào)整。針對污泥膨脹，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，整理出幾種較為成熟且有普遍意義的觀點，并歸納一下污泥膨脹控制的一般方法。
1、 污泥膨脹的原因
污泥膨脹分為絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹。非絲狀菌膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷太高的時候，此時細(xì)菌吸附了大量有機(jī)物，來不及代謝，在胞外積貯大量高粘性的多糖物質(zhì)，使得表面附著物大量增加，很難沉淀壓縮。而當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時，也有可產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因為若缺氮，微生物便于工作不能充分利用碳源合成細(xì)胞物質(zhì)，過量的碳源將被轉(zhuǎn)彎為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，從而影響污泥的沉降性能，產(chǎn)生高粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發(fā)生時其生化處理效能仍較高，出水也還比較清澈，污泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發(fā)生情況較少，且危害并不十分嚴(yán)重，在這里就不著重研究。
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較為常見，成因也十分復(fù)雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多，但我們首先應(yīng)該認(rèn)識到的是活性污泥是一個混合培養(yǎng)系統(tǒng)，其中至少存在著30種可能引起污泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團(tuán)系統(tǒng)共生的關(guān)系中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對凈化污水起著很好的作用。它對保持污泥的絮體結(jié)構(gòu)，保持生化處理的凈化效率，及在沉淀中起著對懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌平衡時是不會產(chǎn)生污泥膨脹，只有當(dāng)絲狀菌生長超過菌膠團(tuán)細(xì)菌時，才會出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。
1、污泥負(fù)荷對污泥膨脹的影響
一般認(rèn)為活性污泥中的微生物的增長都是符合Monod方程的： μ=μmax·S/Ks+S
式中S----生長限制性基質(zhì)濃度，mg/L；
μ----生長限制性基質(zhì)濃度，mg/L；
KS-----飽和常數(shù)，其值為μ=μmax/2時的基質(zhì)濃度，mg/L；
μmax-----在飽和濃度中微生物的最大比增長速率，d-1
研究證明大多數(shù)的絲狀菌的KS和μmax值比菌膠團(tuán)的低，所以，按照以上Monond方程，具有低KS和μmax值的絲狀菌在低基質(zhì)濃度條件下具有高的增長速率，而具有較高KS和μmax值的菌膠團(tuán)在高基質(zhì)濃度條件下才占優(yōu)勢。同樣認(rèn)為低負(fù)荷對于絲狀菌生長有利的理論還有表面積/容積比（A/V）假說。這里的表面積和容積，是指活性污泥中微生物的表面積與體積。該假說認(rèn)為伸展于絮凝體之外的絲狀菌的比表面積（A/V）要大大超過菌膠團(tuán)細(xì)菌的比表面積。當(dāng)微生物處于受基質(zhì)限制和控制的狀態(tài)時，比表面積大的絲狀菌在取得底物方面要比菌膠團(tuán)有利，結(jié)果在曝氣池內(nèi)絲狀菌就變成了優(yōu)勢菌。
低負(fù)荷易導(dǎo)致污泥膨脹這一觀點無論是在實際運(yùn)行中還是在理論上都有了較為成熟的解釋。但在我國，通常生化反應(yīng)的負(fù)荷設(shè)計都是較高的，的大量污泥膨脹卻是在高負(fù)荷條件下發(fā)生的，這引起了人們對該理論的懷疑。事實上，在高負(fù)荷條件下的污泥膨脹往往是由于供氧不足、曝氣池內(nèi)DO濃度降低引起的。我們下面就針對溶解氧DO對于污泥膨脹的影響。
2、溶解氧濃度對污泥膨脹的影響
微生物對有機(jī)物的降解過程實質(zhì)上就是對氧的利用過程。溶解氧在活性污泥法的運(yùn)行中是一個重要的控制參數(shù)，曝氣池中DO濃度的高低直接影響著有機(jī)物的去除效率和活性污泥的生長。低DO濃度一直被認(rèn)為是引起絲狀菌污泥膨脹的主要因素之一。絲狀菌由于具有較大的比表面積和較低的氧飽和常數(shù)，在低DO濃度下比絮狀菌增殖得快，從而導(dǎo)致絲狀菌污泥膨脹。根據(jù)各方面的研究反應(yīng)，DO對于污泥膨脹影響的的臨界值并不確定。DO濃度的要求是與污泥負(fù)荷息息相關(guān)的，負(fù)荷越高，則對應(yīng)的臨界值就越大。這一值的確定與工藝選擇、池型及進(jìn)水類型都有著密切關(guān)系，必須根據(jù)實際情況結(jié)合實驗才可以得出。
3、其它方面對污泥膨脹的影響
1) 污水種類
污水種類對污泥膨脹有著明顯的影響。通常來說，那些含有易生物降解和溶解的有機(jī)成份，特別是低分子量的烴類、糖類和有機(jī)酸類等類型基質(zhì)的污水易引起污泥膨脹，例如釀酒、乳品、石化和造紙廢水等。
2) 營養(yǎng)成分的不 均衡
當(dāng)污水中N、P不足時，易引起污泥膨脹的發(fā)生。通宵認(rèn)為，N、P的合適比例為BOD5：N：P=100：5：1。很多研究表明許多絲狀菌對營養(yǎng)物質(zhì)N、P有著較強(qiáng)的親和力，這可能就是缺乏營養(yǎng)物質(zhì)導(dǎo)致污泥膨脹的原因。
3) pH值與溫度
一般認(rèn)為pH偏低易引起絲狀菌的大量繁殖。而溫度的對絲狀菌的影響也是很普遍的。例如，冬天Microthix parvicella在絲狀菌群中占優(yōu)勢，而溫暖季節(jié)時Nocardia form，0041型或Nostocoida limnicda較易大量繁殖。
另外污水在進(jìn)水處理系統(tǒng)前的早期厭氧消化產(chǎn)生的有機(jī)酸和硫化氫也可能導(dǎo)致污泥膨脹的發(fā)生。硫磺菌的的貝氏硫菌、硫絲菌等能從硫化氫氧化中獲取能量。而這么細(xì)菌以非常長的絲狀性增殖，有時能長達(dá)1厘米，從而導(dǎo)致污泥膨脹的發(fā)生。
2、 污泥膨脹的一般解決辦法
第一類：應(yīng)急措施
適用于臨時應(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)象可以又會卷土重來。而且投藥有可能破壞生化系統(tǒng)的微生物生長環(huán)境，導(dǎo)致處理效果降低，所以，這種辦法只能做為臨時應(yīng)急時用。
第二類：改善生化環(huán)境
污水廠發(fā)生污泥膨脹的時候，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
首先應(yīng)該檢查和調(diào)整pH值，當(dāng)pH值低于5以下時，不僅對污泥膨脹會有利，而且對正常的生化反應(yīng)也會有一定的危害，所以當(dāng)pH值偏低時應(yīng)及時調(diào)整。另外在北方寒冷地區(qū)一定應(yīng)注意冬季時的水溫，若水溫偏低應(yīng)加熱，因為低溫也會導(dǎo)致污泥膨脹的發(fā)生。采用鼓風(fēng)曝氣能有效的在冬季較高的水溫。
當(dāng)污水中營養(yǎng)成份不足或失衡時，應(yīng)補(bǔ)充投加。N、P含量應(yīng)控制在BOD：N：P=100：5：1左右。
若污水處理生化系統(tǒng)前已有消化現(xiàn)象的發(fā)生，產(chǎn)生的低分子有機(jī)酸將有利于絲狀菌的生長，這時可以對廢水在調(diào)節(jié)池內(nèi)預(yù)曝氣來加以改善。一般采用空氣擴(kuò)散器向3-5米有效水深的調(diào)節(jié)池曝氣，供氣量可以控制在0.5-1.0m3/廢水米3·小時。它能使調(diào)節(jié)池的廢水保持新鮮，并有效防止由于厭氧所會帶來的臭氣。
2) 保持池內(nèi)足夠的溶解氧對于高負(fù)荷的生化系統(tǒng)特別重要，3) 一般至少應(yīng)控制DO>2毫克/L。
4) 沉淀池內(nèi)的污泥應(yīng)及時排出或回流，5) 防止其發(fā)生厭氧現(xiàn)象。若發(fā)生厭氧現(xiàn)象，6) 產(chǎn)生的各種氣體吸附在污泥上，7) 也會使污泥上浮，8) 沉降性能變差。而9) 且發(fā)生厭氧的污泥回流也會引發(fā)絲狀菌的大量繁殖。這種情況時除排泥和清除沉淀池內(nèi)的死角，10) 并縮短污泥在池內(nèi)的停留時間外，11) 還應(yīng)提高曝氣池DO值，12) 使出入沉淀池的水保持較的溶解氧，13) 或者在污泥回流進(jìn)入生化池前曝氣再生。如左圖所示。
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)實際情況加以分析，下面針對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。
A. 高負(fù)荷活性污泥工藝
目前國內(nèi)對活性污泥工藝的設(shè)計通常采用中等負(fù)荷（0.3KgBOD5/(kgMLSS·d)），而在實際中人們從經(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，觀察一段時間，找出問題的所在。
如果在以上措施采取后一段時間情況仍無好轉(zhuǎn)，則可考慮在曝氣池頭部加設(shè)軟填料。這一部份對于有機(jī)酸去除率很高，從而去除絲狀菌的生長促進(jìn)因素，幫助絮狀菌生長。這個方法比較有效，但造價較高，且對以后的維修管理造成不便�；蛘咴谄貧獬厍霸O(shè)置一個水力停留時間約為15min的選擇器，一般能很有效的抑制絲狀菌的生長。
對于間歇式進(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。對于這種情況，降低排出比，提高基質(zhì)初始濃度，并對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)置一個預(yù)反應(yīng)區(qū)或生物反應(yīng)器了。
B. 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)一個分格設(shè)置的小型預(yù)曝氣池作為生物選擇器，在這個選擇器內(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)因為其本身在時間和空間上就有了實際上的“選擇器”，所以對污泥膨脹有著效強(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，通過一段時間的改善，一般能夠控制住污泥膨脹現(xiàn)象。
3、 總結(jié)
總的來說，污泥膨脹由于絲狀菌的種類繁多，且生長適宜的環(huán)境也不盡相同。在不同工藝不同水質(zhì)的情況下，微生物的生長環(huán)境非常微妙，這就要求發(fā)生污泥膨脹時，需要水處理工作者根據(jù)實際情況作大量切實的實驗和分析，大膽實踐，才能解決污泥膨脹問題。這里對本文觀點作一個總結(jié)。
絲狀菌是生長處理微生物中不可缺少的一部份。污泥膨脹現(xiàn)象在于絲狀菌的過度生長，消除污泥膨脹的根本在于使絲狀菌與活性污泥菌膠團(tuán)平衡生長；完全混合式較推流式更產(chǎn)生污泥膨脹，低污泥負(fù)荷較高污泥負(fù)荷易易產(chǎn)生污泥膨脹；進(jìn)水水質(zhì)在水溫、pH、營養(yǎng)成份及是否有處理前的消化反應(yīng)等方面是處理污泥膨脹應(yīng)該首先考察的問題；高負(fù)荷下的污泥膨脹一般在于溶氧不足；低負(fù)荷下的污泥膨脹采用生物選擇器是行之有效的辦法。由于絲狀菌的多樣性，關(guān)于污泥膨脹的理論解釋和實際報道仍有很多不盡一致，大膽實踐不斷總結(jié)并和同行廣泛交流，才能更快找到行之有效地解決方法。
