污泥膨胀原因及控制

污泥膨胀原因及控制前言•自20 世纪产生到现在，活性污泥法作为一种有效手段广泛应用于废水处理中。

•此方法具有工艺成熟、处理能力高、出水水质好、处理范围宽广及处理效率高等优点。

•目前，我国约有60%的城市污水处理厂和大部分工业废水处理厂都采用活性污泥法。

•在活性污泥系统中最常见的问题是污泥膨胀。

基本概述•污泥膨胀（sludgebulking）指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。

•有非丝状菌性膨胀和丝状菌性膨胀两种，前者系因黏性物质大量积累而引起，后者系丝状菌异常增长而引起。

•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，在中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，这给水处理工作者造成很大的麻烦。

主要特征•污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性能差；SV值增大，有时达到百分之九十，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。

非丝状菌膨胀•非丝状菌膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷太高的时候，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖物质，使得表面附着物大量增加，很难沉淀压缩。

而当氮严重缺乏时，也有可产生膨胀现象。

因为若缺氮，微生物便于工作不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源将被转化为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高粘性的污泥膨胀。

非丝状菌污泥膨胀发生时其生化处理效能仍较高，出水也还比较清澈，污泥镜检也看不到丝状菌。

非丝状菌膨胀发生情况较少，且危害并不十分严重。

丝状菌膨胀•丝状膨胀是由各种丝状细菌的过量增长形成的。

丝状细菌是活性污泥中基本的种群，对有机污染物的去除是有积极意义。

但当它生长过量时，容易向污泥絮体以外的空间伸展形成一个扩散开放的结构或形成不同细胞和部分絮体间的桥梁，这两种情况都会使絮体结构扩张，并阻止絮体压缩而丝状体之间相互支撑、交错，将影响污泥的凝聚、沉降、压缩性能从而形成膨胀对于丝状膨胀的产生，有选择性理论及扩散理论等。

影响因素•1.污泥负荷对污泥膨胀的影响•大多数的丝状菌的饱和常数和在饱和浓度中微生物的最大比增长速率值比菌胶团的低，所以，具有较高饱和常数和在饱和浓度中微生物的最大比增长速率值的菌胶团在高基质浓度条件下占优势。

当微生物处于受基质限制和控制的状态时，比表面积大的丝状菌在取得底物方面要比菌胶团有利，结果在曝气池内丝状菌就变成了优势菌。

低负荷易导致污泥膨胀这一观点无论是在实际运行中还是在理论上都有了较为成熟的解释。

但在中国，通常生化反应的负荷设计都是较高的，大量污泥膨胀却是在高负荷条件下发生的。

事实上，在高负荷条件下的污泥膨胀往往是由于供氧不足、曝气池内DO浓度降低引起的。

• 2.溶解氧浓度对污泥膨胀的影响•微生物对有机物的降解过程实质上就是对氧的利用过程。

溶解氧在活性污泥法的运行中是一个重要的控制参数，曝气池中DO浓度的高低直接影响着有机物的去除效率和活性污泥的生长。

低DO浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。

丝状菌由于具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数，在低DO浓度下比絮状菌增殖得快，从而导致丝状菌污泥膨胀。

根据各方面的研究反应，DO对于污泥膨胀影响的的临界值并不确定。

DO浓度的要求是与污泥负荷息息相关的，负荷越高，则对应的临界值就越大。

这一值的确定与工艺选择、池型及进水类型都有着密切关系，必须根据实际情况结合实验才可以得出。

其它方面对污泥膨胀的影响•（1）污水种类•污水种类对污泥膨胀有着明显的影响。

通常来说，那些含有易生物降解和溶解的有机成份，特别是低分子量的烃类、糖类和有机酸类等类型基质的污水易引起污泥膨胀，例如酿酒、乳品、石化和造纸废水等。

•（2）营养成分的不均衡•当污水中N、P不足时，易引起污泥膨胀的发生。

N、P的合适比例为BOD5：N：P=100：5：1。

很多研究表明许多丝状菌对营养物质N、P有着较强的亲和力，这可能就是缺乏营养物质导致污泥膨胀的原因。

•（3）pH值与温度•一般认为pH偏低易引起丝状菌的大量繁殖。

而温度的对丝状菌的影响也是很普遍的。

例如，冬天Microthixparvicella在丝状菌群中占优势，而温暖季节时Nocardiaform，0041型或Nostocoidalimnicda 较易大量繁殖。

•另外污水在进水处理系统前的早期厌氧消化产生的有机酸和硫化氢也可能导致污泥膨胀的发生。

硫磺菌的的贝氏硫菌、硫丝菌等能从硫化氢氧化中获取能量。

而这么细菌以非常长的丝状性增殖，有时能长达1厘米，从而导致污泥膨胀的发生。

污泥膨胀的控制•1.物化法控制污泥膨胀•（1）投加氯气•控制污泥膨胀采用的最传统的氧化剂就是氯气。

采用氯气控制污泥膨胀是由美国Jenkins 等人提出的。

氯会毁坏微生物的细胞壁，从而破坏细胞的新陈代谢。

Süleyman 等对一制革废水处理系统投加氯气后控制了污泥膨胀和泡沫现象，恢复了出水水质。

氯损坏了絮体之间的丝状连接，仅剩下疏松的丝状菌的残体，主要导致污泥膨胀和泡沫的菌Nocardia也完全从溶解物中去除，残体重新回到絮体结构中去。

可以肯定的是氯气对于污泥的膨胀和泡沫是有控制作用的，但是因为Nocardia 仍然在絮体中，有着再次生长的潜能，所以氯气对污泥膨胀和泡沫的控制是暂时的、表面的。

•（2）投加凝聚剂•目前，用于改善活性污泥沉降性能的无机凝聚剂或沉淀剂有石灰、铁盐或亚铁盐和铝盐等。

凝聚剂投加到活性污泥中后，形成的絮凝物与膨胀污泥一起下沉，从而提高污泥的密度，改善污泥的沉降性能。

当污泥膨胀发生时，采用上述方法能较快地降低SVI值，但是没有从根本上控制住丝状菌的繁殖。

在丝状菌被氧化灭活或絮凝沉淀的同时，絮体形成菌的活性和浓度也大大降低。

在控制丝状菌的同时，也带来出水水质恶化的不良效果。

一旦停止加药，污泥膨胀可能又会出现。

加药改变了微生物的生长环境，无疑会对污水处理厂的稳定运行产生负面影响，因此只能作为临时应急使用。

所以，物化方法一般达不到彻底治理污泥膨胀的效果，还需要进一步的研究和改进。

• 2 微生物反应器控制法•微生物反应器控制是应用生态学原理，在曝气池中形成一个适合菌胶团细菌生长的环境，选择性地增殖菌胶团细菌，使其成为活性污泥中的优势菌，以此来调控菌胶团细菌与丝状细菌之间的共生关系，抑制丝状细菌的过度繁殖，从而从根本上控制丝状污泥膨胀。

微生物反应器可以控制丝状膨胀，但是一些报导缺氧和厌氧反应器对于控制丝状膨胀不是很成功。

其他研究报道缺氧和厌氧反应器可以大大改进污泥的沉降性能。

Parker 等总结了可用的缺氧和厌氧反应器数据，比较它们的运行性能，为近一步研究提供基础。

研究显示安装了微生物反应器活性污泥SVI 值显著减少，污水处理厂最终出水水质改善，且用厌氧反应器的活性污泥系统比缺氧反应器好。

•3 工艺运行控制•（1）增加溶解氧•许多研究表明溶解氧低时容易发生由浮游球衣菌和硫细菌引起的污泥膨胀。

Jenkins 曾研究发现在SND 工艺中单级CTSR 结构和低溶解氧环境是造成污泥膨胀的潜在因素。

所以对污泥上覆的现象，可以通过增加曝气量减少进水来进行控制。

•（2）调整污泥负荷•曝气池的污泥负荷较高时会发生污泥膨胀，郑俊在早期研究得出：活性污泥的SVI 值与污泥负荷值密切相关。

但实践表明，这样的结论并不是完全正确的。

影响污泥的丝状膨胀的最主要原因是水质而不是污泥负荷，对于某些污水，不论污泥负荷较高或者较低都会发生污泥丝状膨胀；对另一些污水则相反。

有研究显示低F/M会引起污泥膨胀。

•（3）温度•构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30℃左右。

菌胶团细菌如动胶菌属最适生长温度范围是28~30℃，低于10℃生长缓慢，高于45℃不生长。

浮游球衣（Sphaerotilusnatans）最适温度范围在25~30℃间，生长温度在15~37℃间。

•因此水温低于15℃一般不会引起污泥膨胀。

•（4）控制pH 值•在活性污泥法运行中，为了使活性污泥正常发育及生长，曝气池的pH 值应保持在6.5~8.0 范围内。

国内外研究报道，混合液的pH 值低于6.0，有利于丝状菌的生长，而菌胶团的生长受到抑制。

pH值降至4.5 时，真菌将完全占优势，原生动物大部分消失，严重影响污泥的沉降分离和出水水质。

pH值超过11，活性污泥即会破坏，处理效果明显下降。

•(5)工艺方法选择•完全混合式的工艺方法比传统的推流式较易发生污泥膨胀，而间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀；不设初沉池（设沉砂池）的活性污泥法，SIV 值较低，不容易发生污泥膨胀；叶轮式机械曝气与鼓风曝气相比，易于发生丝状菌性膨胀；射流曝气的供氧方式可以有效地克服浮球衣细菌引起的膨胀。

Jenkins 曾研究发现在SND 工艺中单级CTSR结构会导致污泥膨胀。

黄林等发现在循环式曝气下的污泥沉降性比恒定速率下的污泥沉降性能好。

污泥膨胀控制实例•一、污泥膨胀的发生过程•铜梁排水公司设计水量为3万ｍ３/d，厌氧停留时间1.5h 氧化沟停留时间14h，2010年9月至2011年2月期间发生污泥膨胀，膨胀期间污泥龄控制在３５天左右，回流比90％～120％，污泥浓度在3300～4500mg/L，污泥负荷平均为：0.0585 ，水力停留时间16h，自2010年1月以来，处理效果稳定，出水水质很好，污泥沉降性能较好，例如8月，平均SV3040，MLSS:2554 mg/L，污泥体积指数156，在2010.9月25日进水负荷突然上升到0.1069，导致26日发生中度污泥膨胀产生褐色泡沫，厚度10CM，mlss ：3602 mg/L、内沟SV3090、SVI 249 ，镜检发现大量丝状菌繁殖（丝状菌丰度F级，菌胶团C级），确定为丝状菌膨胀并产生黄褐色泡沫，导致脱泥、污泥回流效率低，二沉池表面漂浮大量污泥，出水为黄色。

二、污泥膨胀产生褐色泡沫的原因分析•污泥膨胀产生泡沫的原因很多，其中包括F/M、PH、溶解氧、营养物、温度、污泥龄等数值。

所以，必须根据实际情况找准其中的主要原因加以控制，才能有效的消除影响•通过对膨胀前的水质、水量、PH、污泥龄等进行分析。

认为是生化池长期处于低溶解氧、溶解氧含量变化幅度大下运行造成的污泥膨胀。

理论依据是：长期低溶解氧下，絮凝体中的菌胶团细菌得不到足够的氧，而交织在絮凝体中的球衣菌却形成长长的丝状体从絮粒中伸出来，以增加几何面积，充分吸收环境中的氧，而丝状体的伸出，造成活性污泥絮团间的吸附能力不足以抵消丝状菌产生的支撑膨胀力，导致沉降困难造成污泥膨胀。