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废水生物处理是利用有关微生物的代谢过程,是对废水中有机物进行降解或转化的过程。微生物在降解有机物的同时其本身也得到了增殖。 污泥膨胀有两种类型，一是由于活性污泥中大量丝状菌的繁殖而引起的污泥丝状菌膨胀，二是由于菌胶团细菌体内大量累积高粘性物质(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脱氧核糖等形成的多类糖)而引起的非丝状菌性膨胀。 污泥丝状菌膨胀可根据丝状微生物对环境条件和基质种类要求的不同而划分为五类类型： (1)低基质浓度型; (2)低溶解氧浓度型; (3)营养缺乏型; (4)高硫化物型; (5)pH不平衡型。在实际运行中，一般以污泥丝状菌膨胀为主，占90%以上。 发生污泥膨胀时，主要有以下特征： (1)二沉池中污泥的SVI值大于200ml/g; (2)回流污泥浓度下降; (3)二沉池中污泥层增高。 一、污泥膨胀相关理论 1、A/V假说：当混合液中基质收到限制或控制时，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，丝状菌大量繁殖。 2、动力选择性理论：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比生长速率和饱和常数，分析丝状菌与菌胶团的竞争情况。 3、饥饿假说：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丝状菌。 4、存储选择理论：在底物风度的状态下，非丝状菌具有贮存底物的能力，而被贮存物质在底物匮乏时能够被代谢产生能量或合成蛋白质。但是一些丝状菌也具有底物贮存能力，底物贮存能力不能完全用来解释污泥膨胀机理。 5、氮氧化氮假说：CASEY提出低负荷生物脱氮除磷工艺的污泥膨胀假说，如果缺氧区的反硝化不充分，导致好氧区存在亚硝酸氮，那中间产物NO、N2O就会抑制菌胶团的好氧细胞色素，进而抑制其好氧情况下的基质利用，相反一些丝状菌只能将硝酸氮还原为亚硝酸氮，因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O，丝状菌就不会在好氧段被抑制，因而更具竞争优势。 亚硝酸与SVI有一定的正相关性。沉淀性能良好的污泥粒径分布较广，且以球菌为主，膨胀污泥的粒径大都在10μm以内，污泥较为细碎。 二、影响污泥膨胀的因子 1、温度 低温有利于丝状菌生长，Daigger等人发现10℃容易导致丝状菌性污泥膨胀，而污水温度提高到22℃则不容易产生污泥膨胀现象。 2、pH 活性污泥微生物适宜pH范围为6.5～8.5，pH小于6时，菌胶团活性减弱，生长受到抑制，但丝状菌能大量繁殖，取代菌胶团成为优势种群，污泥的沉降性能明显变差并发生污泥膨胀。pH值低于4.5时，真菌完全占优势。 3、DO 低DO是引起丝状菌污泥膨胀的主要原因之一，若DO成为限制因子，菌胶团生长受抑制，而丝状菌因具有巨大的比表面积，更易获得溶解氧进行生长繁殖，在竞争中处于优势地位。 具有低Ks的丝状菌在低基质浓度下，具有比菌胶团高的比生长速率，这可以解释基质限制、溶解氧限制和营养物质限制引起的污泥膨胀现象。只要溶解氧成为限制，任何负荷下都会发生污泥膨胀。污水处理中DO控制在2左右，太高太低都容易引起污泥膨胀。 4、F/M 低负荷情况下，由于丝状菌具有巨大的比表面积，低Ks，其对碳源有较强的亲和力，优先利用碳源，造成竞争优势。 低F/M经常出现在完全混合式曝气池、大回流比的氧化沟(如卡鲁萨尔氧化沟)、沿程分散进水曝气池中;低负荷容易引发丝状菌污泥膨胀，高负荷容易引发污泥粘性膨胀。负荷分布不均，好氧区一直处于低负荷运行状态易造成丝状菌大量增殖。 Li等人对膜生物反应器内污泥负荷参数的影响研究表明，当F/M<0.2kg/kg.d时，容易引发污泥膨胀;Pan和Su等人将污水通过好氧选择器进入膜生物反应器，将F/M调整到0.4kg/kgd，有效的控制了污泥膨胀;而Laitinen和Luonis等人则是利用缺氧选择器，加强反硝化除磷作用，有效解决了污泥膨胀。 高有机负荷下，反应器内底物充裕，在这种情况中菌胶团比丝状菌具有更强的吸附与存贮营养物质的能力，能够充分利用高浓度的底物迅速增殖，具有较高的比生长速率，抑制了丝状菌的生长。 但是如果DO浓度不够，在0.5mg/L以下，菌胶团在低溶氧的条件下增殖受到抑制，而丝状菌由于其具有更大的比表面积，即使在低溶氧的条件下也能获得氧，其增殖速率明显高于菌胶团，发生高负荷低DO下的污泥膨胀;低负荷下由于长时间缺少足够的营养物质，菌胶团生长受到抑制，而丝状菌具有较大的比表面积，其菌丝会从菌胶团中伸展出来以增加其摄取营养的表面积。 由于研究者的研究背景和研究条件不尽相同，研究结果也很不一致尤其是关于有机负荷与污泥膨胀关系的说法也比较混乱。高低有机负荷都可能引起污泥膨胀，Ford和Eckenfeilder等人发现高低负荷下都可能发生污泥膨胀，Palm等人认为根据负荷不同，在任何DO浓度条件下都可能发生膨胀，Chudoba等人认为即使对于推流式曝气池，虽然沿吃长方向存在着高的浓度梯度，但在高负荷下也会发生污泥膨胀。
【干货】污泥膨胀问题的概念、成因、解决方案与工艺建议 |
