污泥膨胀效应

污泥膨胀效应污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质。基本上各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀效应。污泥膨胀效应不但发生率高，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。一般来说，活性污泥的SVI值在100左右时，其沉降性能最佳。

当SVI值超过150时，预示着活性污泥即将或已经处于膨胀状态，应立即予以重视。在欧洲近百分之五十的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀效应发生，在中国的发生率也非常高。针对污泥膨胀效应，各方面的理论很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，这给水处理工作者造成很大的麻烦。2100433B

在活性污泥法运转中，活性污泥膨胀是个严重问题。它的成因是相当复杂的。各国不少学者对此都作了很多的研究，但是迄今还没有得到一个圆满的解释。从已有的研究成果来看，活性污泥膨胀的成因可归纳如下：

污泥膨胀废水水质

在废水生物处理中，废水本身就是微生物的培养基。因此，废水水质和微生物的生理活动关系十分密切。从上面提到的两种污泥膨胀来看，无不与微生物的生理活动有关。即污泥膨胀或是和微生物增殖有关(如丝状菌性膨胀)；或者是由于代谢产物积蓄之故(如非丝状菌性膨胀)。由此可见，废水水质是污泥膨胀成因中极为重要的因素。

关于废水水质问题，可以从以下几个方面进行分析：

(1) 有机物

废水中所含的有机物，种类较多，其中究竟哪些有机物和污泥膨胀关系较大呢"para" label-module="para">

① 废水中碳源含量多且以糖类为主时，易发生污泥膨胀。据经验介绍，如葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖类物质含量较高的废水是经常可能出现污泥膨胀现象的。而同样是碳水化合物，如不溶性高分子的淀粉，就没有那样的情况。一般认为，在导致丝状菌性污泥膨胀的微生物中，最有代表性的是球衣菌属，它能将糖类物质直接作为能源予以利用，并易于繁殖。丝状菌性膨胀的另一种致因微生物，如硫细菌属，亦是这样。此外。丝状菌性膨胀的其他致因微生物，如蜡状芽孢杆菌蕈状变种和白地霉，亦都能直接利用单糖类物质进行繁殖。其次，在糖类碳水化合物含量多时，活性污泥微生物亦能够较易地将其代谢分泌出高黏性多糖类物质。而这些物质过多，覆盖在菌胶团微生物表面，将导致非丝状菌性污泥膨胀

由上可见，废水中含糖类碳源较多时，对丝状菌的繁殖及高黏性多糖类物质的生成都是极大的促进，并易于导致污泥膨胀，可以说是形成污泥膨胀的一个十分重要的因素。

② 废水中可溶性有机物含量多时，亦易于发生污泥膨胀。一般，这里所指的可溶性有机物，主要是低分子可溶性有机物，也包括上述的单糖、二糖类物质。实际上，在乳品生产废水、发酵废水、制糖废水(含大量可溶性有机物)的处理过程中，易于发生污泥膨胀。一般来说，活性污泥中的丝状菌与其他游离细菌相比较，对高分子物质的水解能力弱，也难于吸收不溶性物质。为此，当废水中含可溶性有机物多时，丝状菌就易于利用与自身繁殖。这样也就易于发生丝状菌性污泥膨胀。而对高黏性的非丝状菌性膨胀来说，由于废水中含有较多的可溶性糖类物质，活性污泥微生物亦就易于利用它们产生更多的高黏性多糖类物质，也就导致这一类型污泥膨胀的发生。

(2) 氮和磷营养物质

活性污泥微生物，为了进行正常的生长、繁殖，除了需要碳源外，还需氮、磷等营养物质。氮、磷和碳之间应有适当的比例，一般经验提出的比例通常为：BOD₅:N:P=100:5:1。当废水中氮、磷含量不足时，亦易发生污泥膨胀。如在活性污泥中，丝状菌的表面积相对其他微生物来说要大些，易于摄取底物。故当氮、磷含量相对BOD₅的比例不足时，由于具有上述特点，丝状菌比其他微生物较易利用底物，仍能正常生活，进行生长繁殖。而在这种情况下，活性污泥中其他微生物，由于氮、磷得不到满足，以致逐渐衰退。于是丝状菌大量增加，导致了丝状菌性污泥膨胀的发生。

另外，当废水中氮、磷源不足时，相对而言就是碳源较多。在这种情况下，如果糖类物质较多，代谢产物多糖类高黏性物质增加，使得活性污泥易于发生非丝状菌性膨胀。

污泥膨胀溶解氧

在曝气池运行中，混合液的溶解氧含量亦是个重要的问题。因为不同的微生物对溶解氧的要求亦是不同的。从以往的实践经验来看。曝气池中若溶解氧浓度太低是不利的，容易发生污泥膨胀的现象，虽然丝状菌是好氧性细菌，但是它们和活性污泥中的其他好氧菌不同，在活性污泥的低溶解氧条件下大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖。但丝状茵仍能适应这种环境。并继续生长繁殖。从而使得丝状菌性污泥膨胀易于发生。而且即使将它们保持在相当长时间的厌氧状态下，也不会失去活力，如一旦恢复好氧状态，它们就会重新生长繁殖。

据有关经验介绍，当曝气池混合液溶解氧为0.5 mg/L以下时，活性污泥镜检中发观有大量的硫细菌(贝氏硫菌和丝硫菌)，但很少发现有带衣鞘的丝状菌(球衣细菌)。例如在上海春夏之交和盛夏季节，水温较高(高达30℃以上)，氧分压低，而且又值用电高峰，供电紧张，曝气池中往往呈现缺氧情况，溶解氧浓度偏低，活性污泥常发生丝状膨胀现象，镜检结果系由丝硫菌、贝氏硫菌过度生长引起。故当溶解氧偏低(一般在0.5 mg/L以下)及水温较高(一般在30℃～36℃)时，适宜于丝硫菌、贝氏硫菌生长繁殖，污泥膨胀是一种硫细菌性的丝状膨胀。而到了秋季，水温在20℃～28℃之间时，溶解氧浓度略有升高，发现活性污泥的丝状膨胀则是由于贝氏硫菌和球衣菌过度生长的结果。事实上，在溶解氧浓度较高情况下，如高达7 mg/L时，仍可发现污泥的丝状膨胀，其中丝状菌以球衣菌占优势。这说明溶解氧浓度的高低，对主要由球衣菌引起的丝状膨胀，都是可能发生的。

由上可见，溶解氧浓度对活性污泥的膨胀来说，和废水水质相比较，只能是第二位因素。但是溶解氧过低亦是不合适的，据实际经验，一般应将溶解氧控制在不低于2 mg/L的水平，如2～4 mg/L，过高亦是没有必要的。

污泥膨胀温度

微生物都有各自的适宜生长温度。如球衣菌的适宜生长温度在30℃左右，在15℃以下生长不良。丝硫菌、贝氏硫菌的适宜生长温度亦在30℃～36℃之间。故在夏季高温季节，遇上溶解氧偏低时，活性污泥易发生如上所述的硫细菌性丝状膨胀。而在冬季低温季节，则活性污泥不易发生膨胀。

污泥膨胀pH值

在活性污泥法运行中，为了使活性污泥正常发育、生长，曝气池液的pH值应保持在一个合适的范围内，一般为6.5～8.0。当pH值在这个合适范围内，并遇上其他条件亦合适时，人们就可获得沉降、浓缩性能良好的活性污泥。

根据实际经验，若曝气池液的pH值长时间保持在6.0以下时，活性污泥中丝状微生物就会占据优势，污泥的体积指数SⅥ值增高，从而导致污泥发生丝状菌性膨胀。因为当pH值在5.8～8.1范围内，适合于浮游球衣菌的生长繁殖。此外，白地霉亦可能在pH值为3～12范围内增殖。根据这种情况，可以说在酸性条件下特别有利于丝状菌的生长、繁殖，并成为污泥的丝状菌性膨胀的诱因。

污泥膨胀负荷率

活性污泥微生物通过驯化、培养，都可找到一个最佳的运行条件和生长环境。因此，为了保持活性污泥法系统的正常运行，就应有一个合适的负荷率(指生物负荷率或污泥负荷率)，或称最佳负荷率。在运行中负荷率过高、过低均是不适宜的，并都有可能发生污泥膨胀。这是由于微生物的生长环境发生了变化，活性污泥原有的生态将失去平衡，生物构成亦将发生变化的缘故。一般来说，当负荷率过高时，正常活性污泥发展到严重膨胀污泥，所需时间相对而言要短些。而负荷率愈高，则时间愈短。

相对而言，负荷率过高时，可被微生物摄取的有机物亦多。如这种有机物含糖类物质及可溶性低分子成分较多时，则如前所述，易发生丝状菌性污泥膨胀。当然，这种情况如前所述碰到低温时，活性污泥中亦可能由于高黏性物质的积累，发生非丝状菌性污泥膨胀。

当负荷率过低时，也有可能发生丝状菌性污泥膨胀，这主要是由于丝状微生物在这种场合下，仍可能取得竞争优势的缘故 。

活性污泥膨胀可分为：由于污泥中丝状菌过度繁殖引起的丝状菌性污泥膨胀以及无大量丝状菌存在的非丝状菌性污泥膨胀。通常多数情况下是丝状菌性污泥膨胀。

丝状菌性污泥膨胀

正常的活性污泥结构较稠密，菌胶团生长良好，显微镜下观察到菌胶团外缘整齐清晰，并可发现有纤毛类原生动物。污泥呈矾花状，絮凝、沉降和浓缩性能良好。污泥体积指数(SVI)在100左右，污泥沉降体积(SV)在30%左右，含水率约90%。从污泥的结构来看，活性污泥絮状体是由菌胶团和丝状菌组合而成的。丝状菌犹似絮状体的骨架，菌胶团粘结在骨架上，相互交织在一起如同骨和肉的关系。对正常的活性污泥来说，它们两者之间有一个适当的比例关系。如果丝状菌生长繁殖过多，菌胶团的生长繁殖将受到抑制，好多丝状菌伸出污泥表面之外，使得絮状体松散，沉淀性能恶化，污泥体积膨胀，污泥沉降体积(%)及污泥体积指数(SVI)均很高，这就是丝状菌性污泥膨胀。膨胀严重时，显微镜下观察的整个视野几乎都是丝状菌。这种丝状菌性膨胀的污泥体积指数(SVI)，一般可达200～2000，视膨胀程度而异。丝状菌性膨胀污泥的外观不同于正常污泥，上清液少但亦非常清澈。

这种由于丝状菌过度繁殖而引起的活性污泥膨胀，占发生污泥膨胀的大多数，故一般人们常把这种丝状菌性污泥膨胀，习惯上通常为污泥膨胀。

非丝状菌性污泥膨胀

活性污泥膨胀，除了上述的一种类型外，还有并非丝状菌过度繁殖而引起的一种类型，称之为非丝状菌性污泥膨胀。这种膨胀是由于在活性污泥菌体外积蓄高黏性多糖类物质而形成的。可见，它和上述一种类型污泥膨胀的区别，就在于：前者是直接由于微生物增殖造成，而后者是南于代谢产物(高黏性多糖类)积蓄造成。由于这种高黏性代谢产物(多糖类)分子中具有许多氢氧基，与水的结合力很强，呈亲水性，是一种非常稳定的亲水胶体。而且这种高黏性物质在活性污泥中覆盖着微生物，一般呈凝胶状态的形式。凝胶的特征是需吸收大量的水予以膨润。因此发生高黏性膨胀污泥时，其外观体积显著增大。它所含的结合水，比正常的活性污泥要多出好几倍。故有时人们亦称这种污泥膨胀为水涨性污泥膨胀或菌胶团污泥膨胀。亦就是说，在这种膨胀污泥絮状体中，含结合水很高的菌胶团和丝状菌之间的比例和前述丝状菌性膨胀污泥正好相反，即菌胶团占了多数，丝状菌很少或甚至看不到，即使看到也是为数极少的短丝状菌。因而，亦使得絮状体松散。

不同于丝状菌性膨胀污泥，非丝状菌性膨胀污泥的沉淀、浓缩性能变差是由于菌胶团含有大量水分，体积膨胀，而使污泥容重减轻，压缩性能恶化之故。这种膨胀污泥的污泥体积指数(SVI)，亦可高达400。在实际运转中，发生这种类型的污泥膨胀，相对丝状菌性污泥膨胀来说，还是极少数的。故一般人们提到污泥膨胀，往往指的是前面一种(丝状菌性污泥膨胀)，而对后面一种(非丝状菌性污泥膨胀)则有所忽视。