【干貨】污泥膨脹問題的概念，成因，解決方案與工藝建議
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污泥膨脹（sludgebulking）指污泥結(jié)構(gòu)極度松散，體積增大、上浮，難于沉降分離影響出水水質(zhì)的現(xiàn)象。
基本上目前各種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。一般來說，活性污泥的SVI值在100左右時，其沉降性能最佳，當SVI值超過150時，預(yù)示著活性污泥即將或已經(jīng)處于膨脹狀態(tài)，應(yīng)立即予以重視。
基本概述
基本上各種類型的活性污泥工藝都會發(fā)生污泥膨脹，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。
污泥膨脹的發(fā)生率是相當高的，在歐洲近百分之五十的城市污水廠每年都會有不同程度的污泥膨脹發(fā)生，在中國的發(fā)生率也非常高。
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。
主要特征
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)較為嚴重的異�，F(xiàn)象之一，它直接影響出水水質(zhì)，并危害整個生化系統(tǒng)的運作。
污泥膨脹的發(fā)生率是相當高的，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，在中國的發(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。
常見類別
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荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，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?shù)獓乐厝狈r，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胞物質(zhì)，過量的碳源將被轉(zhuǎn)化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。
絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較為常見，成因也十分復雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多，首先應(yīng)該認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。
影響因素
污泥負荷對污泥膨脹的影響
一般認為活性污泥中的微生物的增長都是符合Monod方程的：
Monod方程
式中μ----微生物比增長速率，d-1 ；μ=1/X * dX/dt X----生物體濃度，mg/L；
S----生長限制性基質(zhì)濃度(殘留與溶液中的基質(zhì)濃度)，mg/L；
Ks-----飽和常數(shù)（半速度常數(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。
大多數(shù)的絲狀菌的KS和μmax值比菌膠團的低，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值的菌膠團在高基質(zhì)濃度條件下才占優(yōu)勢。同樣認為低負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）要大大超過菌膠團細菌的比表面積。當微生物處于受基質(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有利，結(jié)果在曝氣池內(nèi)絲狀菌就變成了優(yōu)勢菌。
低負荷易導致污泥膨脹這一觀點無論是在實際運行中還是在理論上都有了較為成熟的解釋。但在中國，通常生化反應(yīng)的負荷設(shè)計都是較高的，的大量污泥膨脹卻是在高負荷條件下發(fā)生的。事實上，在高負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。
溶解氧濃度對污泥膨脹的影響
微生物對有機物的降解過程實質(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物的去除效率和活性污泥的生長。低DO濃度一直被認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荷息息相關(guān)的，負荷越高，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。
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成份，特別是低分子量的烴類、糖類和有機酸類等類型基質(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
當污水中N、P不足時，易引起污泥膨脹的發(fā)生。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有著較強的親和力，這可能就是缺乏營養(yǎng)物質(zhì)導致污泥膨脹的原因。
（3）pH值與溫度
一般認為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Microthixparvicella在絲狀菌群中占優(yōu)勢，而溫暖季節(jié)時Nocardiaform，0041型或Nostocoidalimnicda較易大量繁殖。
另外污水在進水處理系統(tǒng)前的早期厭氧消化產(chǎn)生的有機酸和硫化氫也可能導致污泥膨脹的發(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。而這些細菌以非常長的絲狀性增殖，有時能長達1厘米，從而導致污泥膨脹的發(fā)生。
解決辦法
應(yīng)急措施
臨時應(yīng)急主要方法是投加藥物增強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，投加一些化學藥劑，如氯氣，加在回流污泥中也可以達到消除污泥膨脹現(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，導致處理效果降低，所以，這種辦法只能做為臨時應(yīng)急時用。
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。
污水性質(zhì)的控制
首先應(yīng)該檢查和調(diào)整pH值，當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，因為低溫也會導致污泥膨脹的發(fā)生。采用鼓風曝氣能有效的在冬季較高的水溫。
當污水中營養(yǎng)成份不足或失衡時，應(yīng)補充投加。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/廢水立方米·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。
保持池內(nèi)足夠的溶解氧對于高負荷的生化系統(tǒng)特別重要，3)一般至少應(yīng)控制DO>2毫克/L。
沉淀池內(nèi)的污泥應(yīng)及時排出或回流。
防止其發(fā)生厭氧現(xiàn)象。若發(fā)生厭氧現(xiàn)象，產(chǎn)生的各種氣體吸附在污泥上，也會使污泥上浮，沉降性能變差。而且發(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，并縮短污泥在池內(nèi)的停留時間外。還應(yīng)提高曝氣池DO值。使出入沉淀池的水保持較高的溶解氧。或者在污泥回流進入生化池前曝氣再生。
控制方法
>>>>絮凝法
膨脹活性污泥的密度一般比水小，作為應(yīng)急處理措施，可考慮投加混凝劑，以改善其沉降性能。初步選擇了常用的高分子混凝劑——陽離子型聚丙烯酰胺和無機混凝劑——硫酸亞鐵進行對比試驗。
在處理水量為50L/h的小試裝置中投加陽離子型聚丙烯酰胺，使其濃度分別達到10、20、30、40、50和60mg/L，污泥的SV值變化。聚丙烯酰胺的投加對于污泥的沉降性能的改善有一定的效果，且存在一個最佳投加量，但是，效果不是很理想。該中水回用系統(tǒng)采用新型淹沒式復合膜生物反應(yīng)器，曝氣量大、水力攪拌強烈，聚集起來的絮體顆粒容易遭到破壞，從而導致混凝效果不理想；當投加量高于最佳投加量時，絮凝體除中和膠體的負電荷以外，過多的正電荷又使膠體離子帶上正電荷而重新穩(wěn)定。處理水量為50L/h的小試裝置中投加硫酸亞鐵溶液，使其質(zhì)量濃度在10至180mg/L之間變化，污泥的SV值變化；投藥前后菌膠團狀態(tài)。
投加硫酸亞鐵溶液后污泥沉降性能得到明顯改善，SV值下降了約百分之十五。但是超過60mg/L后污泥沉降性能沒有進一步的改善，所以確定實際運行時硫酸亞鐵的投加量為60mg/L。在投加硫酸亞鐵（60mg/L）前后，測量混合液PH值從7.63降至7.07，對污泥活性的負面影響很小。陽離子型聚丙烯酰胺的投加效果受水力條件等因素的限制不是十分理想，同時其單體有毒性、難降解，存在二次污染問題，經(jīng)濟效益較投加硫酸亞鐵差。硫酸亞鐵價格便宜、使用簡單，對膜及污泥沒有負面影響，其對污泥密度的影響是有效的，但其不能從根本上解決營養(yǎng)比例失調(diào)的問題，所以只能作為應(yīng)急控制措施。
>>>>營養(yǎng)鹽調(diào)整法
在污泥膨脹問題的研究中，對污泥膨脹的恢復與控制是一個十分重要的環(huán)節(jié)。在該中水回用工程的運行過程中發(fā)現(xiàn)，投加硫酸亞鐵后，沉降性能一度改善的活性污泥在原有有機負荷條件下如停止投加，繼續(xù)進行處理，則活性污泥的沉降性能就會逐漸惡化，三日后恢復到投加前的狀態(tài)。所以需要尋找一種在活性污泥膨脹后行之有效的恢復控制方法。
>>>>其他控制方法
在污泥粘性膨脹最嚴重的情況下（用容器裝一些污泥，無論用什么方法污泥始終粘附在容器的表面），可考慮適當排掉一些膨脹的污泥，再重新取一些新泥，以減少多糖類物質(zhì)對污泥的覆蓋；同時增加水力停留時間，使沒有被完全氧化的有機物有足夠的時間被消耗掉。
由于原水中洗滌劑含量很高，加之曝氣強度較大，經(jīng)常出現(xiàn)白色、粘稠的泡沫，并且越積越多，當污泥發(fā)生膨脹時，危害較大。除投加消泡劑以外，采取水力消泡的方法。在反應(yīng)池上方安裝噴頭，用MBR反應(yīng)器的出水對反應(yīng)池上部進行噴淋，以控制膨脹污泥和泡沫對反應(yīng)器的危害，會取得較好效果。
目前，在控制理論方面也豐富了污泥膨脹的控制。
工 藝
國內(nèi)對活性污泥工藝的設(shè)計通常采用中等負荷（0.3KgBOD5/(kgMLSS·d)），而在實際中人們從經(jīng)濟角度考慮總是采用較高的負荷，所以高負荷下的污泥膨脹在中國具有較為廣泛的意義。在高負荷情況下，最常見的是DO不足，所以先采取提高氣水比，強化曝氣，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。這一部份對于有機酸去除率很高，從而去除絲狀菌的生長促進因素，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，而進水有機物濃度偏低或水量偏小而導致污泥負荷偏低。對于這種情況，降低排出比，提高基質(zhì)初始濃度，并對SBR強制排泥，一般就能夠?qū)ξ勰嗯蛎洭F(xiàn)象進行有效的控制。而對于連續(xù)進水的SBR如ICEAS和CASS等工藝如果發(fā)生污泥膨脹的話，就有必要在進水端設(shè)置一個預(yù)反應(yīng)區(qū)或生物反應(yīng)器了。
低負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)采用高污泥負荷，吸附部分有機物并消除有機酸。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。
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。
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