摘要：污水生化處理中污泥膨脹現象是經常出現的現象。本文通過查閱大量資料，對該現象的特點及分類等方面進行分析，并從溫度、營養(yǎng)比例、污泥負荷、DO值、pH值、早期消化等角度進行研究，得出不同條件下，產生污泥膨脹的原因及控制措施。

污水活性污泥處理法是污水處理一種主要方法，由于其經濟、可靠的優(yōu)勢而得到廣泛應用，并隨著實際運行產生了階段曝氣、漸減曝氣、AB工藝、A/O工藝、A2/O等系列變形工藝，但無論是哪種改進的工藝都會發(fā)生污泥膨脹現象，并且污泥膨脹現象發(fā)生非常廣泛。污泥膨脹現象降低了污泥沉降性能，影響出水水質。因此污泥膨脹成為困擾人們最大的難題之一。

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，這給污水處理工作者造成很大的麻煩。本文將從污泥膨脹的內在因素著手，通過科學研究，整理出幾種較為成熟且有普遍意義的觀點，歸納一下污泥膨脹控制的一般方法。

1 活性污泥膨脹概述

污泥膨脹是指污泥體積膨脹，含水率上升，不易沉淀。Eikelboom按污泥絮體平均直徑的大小將污泥分成大(>500μm)、中(150—500μm)、小(<150μm)三個等級，絮體尺寸不同的污泥，其界面沉淀速度有很大差異。污泥的沉降性能主要靠污泥容積指數(SVI)來描述，良好的活性污泥的SVI值小于100ml/g。

污泥膨脹問題是活性污泥白產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：污泥結構松散，質量變輕，沉淀壓縮性能差;SV值增大，有時達到90%，SVI達到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較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，并危害整個生化系統的運作。

活性污泥發(fā)生膨脹后，由于膨脹污泥含水率高，不易沉淀，造成污泥流失增多。污泥膨脹常從以下幾個方面判定：①絲狀菌引起的污泥膨脹中，絲狀菌總長度大于lx104m/g等;②污泥松散，污泥體積指數較大，一般認為SVI值超過200則標志已產生污泥膨脹;③沉降性能差，區(qū)域沉降速度小。 1.1 活性污泥膨脹特點

膨脹污泥有以下幾個特點：一、發(fā)生幾率高。據統計，在美國60%、德國50%、意大利50%的污水廠存在污泥膨脹問題。我國的絕大多數活性污泥法工藝的污水廠，也不同程度地存在污泥膨脹現象。二是普遍性強。污泥膨脹現象活性污泥及其演變而來的各種工藝中都存在。三是危害嚴重。發(fā)生污泥膨脹現象后能夠造成污泥流失、出水懸浮物(SS)超標，最終導致處理能力大大降低。

1.2 活性污泥膨脹的分類

活性污泥膨脹有兩種類型：一是絲狀菌性污泥膨脹，由于絲狀菌的大量繁殖而引起的絲狀菌性污泥膨脹;二是非絲狀菌性污泥膨脹，由于菌膠團細菌體內大量積累高粘性多糖類物質而引起的非絲狀菌性膨脹。近年來又有人發(fā)現枯草桿菌和大腸桿菌也能引起污泥膨脹現象。

1.2.1 絲狀菌性膨脹

絲狀菌引起污泥膨脹是在污泥膨脹誘因誘發(fā)下導致絲狀菌在同菌膠團的競爭中能夠強勢增長造成。目前可辨識的絲狀污泥膨脹絮體有兩種類型：第一類是長絲狀菌從絮體中伸出，將各個絮體連接，形成絲狀菌和絮體網;第二類是具有更開放(或擴散)的結構，由細菌沿絲狀菌凝聚，形成細長的絮體。在解釋絲狀污泥膨脹現象上，有多種解釋方法：①(A/V)假說。當混合液中基質受到限制或控制時，由于比表面積大的絲狀菌獲取基質的能力要強于菌膠團，因而菌膠團受到抑制，絲狀菌能夠大量繁殖，占據主導地位，最終導致污泥膨脹。②選擇性理論。該理論以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的最大生長速率和飽和常數分析絲狀菌與菌膠團細菌的競爭情況。絲狀菌具有低的最大生長速率和飽和常數，在低基質濃度、DO值時具有較高的生長速率，而菌膠團則剛好相反。③饑餓假說。該假說將活性污泥中微生物分為三類，第一類是菌膠團細菌，第二類是具有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長的絲狀菌，在低基質濃度下，基質濃度小于某值時，第二類微生物將占優(yōu)勢;當基質濃度大于該值時，只要溶解氧的傳遞不是限制因素，第一類微生物將占優(yōu)勢;在高基質低溶解氧情況下，第三類微生物將占優(yōu)勢。④Chudoba于1985年提出了積累/再生(AC/RG)假說。在高負荷條件下，菌膠團微生物累積有機基質的能力強，絲狀菌較差。但此時微生物受溶解氧限制和控制，由于絲狀菌需氧較少，完成積累/再生的循環(huán)較快，生長較快，形成污泥膨脹。

1.2.2 非絲狀菌性膨脹

非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負荷較高時。由于污泥負荷高，微生物能夠吸附大量的營養(yǎng)物質，但由于溫度低，微生物對營養(yǎng)物質代謝速度慢，造成大量的高粘性多糖類物質在微生物表面積貯存，同時由于多糖類物質具有強親水性，使活性污泥表面附著水大大增加，因而影響活性污泥沉降性能變差。

1.2.3 其它菌種因素

近年來，有人發(fā)現諸如大腸桿菌、枯草桿菌等也能引起污泥膨脹。大腸桿菌雖為桿菌但它有時成鏈條狀，也能夠引起污泥膨脹;枯草桿菌引起污泥膨脹是由于在其生長的某特定階段能夠形成鏈條狀形態(tài)所致。

2 污泥膨脹的影響因素

2.3 溫度

每種細菌都有其適宜生長的溫度范圍。Daigger等人研究表明，較低溫度有利于絲狀菌的生長。試驗表明10℃時容易導致絲狀菌性污泥膨脹現象，而污水溫度提高到22℃則不再產生膨脹現象。

2.2 營養(yǎng)比例

通常認為污水中BOD5：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。如果污水中各營養(yǎng)成分不能滿足該比例時則可能導致污泥膨脹。例如R.E.Sheder等人報道了在缺N的情況下，由于絲狀菌對N、P等營養(yǎng)物質有較強的親和力，在該類營養(yǎng)物質濃度較低的情況下對其有累積能力，因此不能抑制絲狀菌的生長，而其它種微生物則受到N、P的限制而逐漸被絲狀菌所替代，造成污泥膨脹。

2.3 污泥負荷

大多數人們認為低負荷容易造成污泥膨脹。因為在低負荷情況下，菌膠團細菌對營養(yǎng)物質的吸收受到限制，而絲狀菌比菌膠團細菌有更大的比表面積，在低負荷下具有更強的捕食能力。但也有人認為只有污泥負荷在某個范圍內才不易引起污泥膨脹現象。Pipes通過對多個污水處理廠調查研究，發(fā)現污泥負荷在0.25～0.45kg(BOD5)/kg(MISS)˙d范圍內才不易引發(fā)污泥膨脹，低于或高于這個范國都可能導致污泥膨脹。

2.4 溶解氧值

溶解氧值(DO)也是導致污泥膨脹的因素。大多數認為溶解氧濃度低時由于絲狀菌比菌膠團細菌有更高的溶解氧親合力和忍耐力，因此在低氧條件下絲狀菌比菌膠團細菌有更強的競爭力，所以在溶解氧濃度低的情況下易造成污泥膨脹。

2.5 pH值

菌膠團的適宜pH值范圍是6.5—8.5，當pH值低于6.0時，其生長受到抑制，而在該pH范圍內有利于真菌的繁殖，當降低到4.5時真菌則完全占據優(yōu)勢，菌膠團原生動物消失，污泥絮體遭到破壞，最終導致污泥膨脹現象。

2.6 早期消化

污水在進入污水處理廠之前在城市污水管道或在預處理區(qū)停留時間過長，能夠發(fā)生系列反應，生成硫化物等，而當污水中硫化物含量較高時易引起多種等硫絲菌的過度繁殖，最終導致污泥膨脹。

3 污泥膨脹的控制措施

3.1 應急措施

適用于臨時應急，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，污泥膨脹現象可以又會卷土重來。而且投藥有可能破壞生化系統的微生物生長環(huán)境，導致處理效果降低，所以，這種辦法只能做為臨時應急時用。

3.2 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上通過改變生化池內的微生物生長環(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該注意的問題必須加以注意：①污水性質的控制：pH的大小、溫度的高低、營養(yǎng)成份的多少都會影響該生化系統。②保持池內足夠的溶解氧：一般至少應控制DO>2毫克。③沉淀池內的污泥應及時排出或回流，防止其發(fā)生厭氧現象。

在解決了以上問題后，如果污泥膨脹現象仍得不到控制，就得根據實際情況加以分析，下面針對幾中常見的工藝提出一些指導性的方法，供污水處理工作者參考。

3.2.1 高負荷活性污泥工藝

目前國內對活性污泥工藝的設計通常采用中等負荷(0.3KgBOD5/(kgMLSS˙d))，而在實際中人們從經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體較為廣泛的意義。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，則可考慮在曝氣池頭部加設軟填料。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。或者在曝氣池前設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，反應器本身是完全混合式的，而且在時間上其污染物的基質就存在濃度梯度，所以無需再另設選擇器。通常間歇式SBR工藝產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，提高基質初始濃度，并對SBR強制排泥，一般就能夠對污泥膨脹現象進行有效的控制。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置一個預反應區(qū)或生物反應器了。

3.2.2 低負荷活性污泥工藝

低負荷活性污泥工藝曝氣池內基質濃度較低，絲狀菌容易獲得較高的增長效率，所以是最容易產生污泥膨脹。除了在水質和曝氣上想辦法外，最根本和有效的是將曝氣池分成多格且以推流方式運行，或增設一個分格設置的小型預曝氣池作為生物選擇器，在這個選擇器內采用高污泥負荷，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置缺氧段和厭氧段以及污泥回流系統，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，則可通過調整曝氣控制溶氧量和控制回流污泥量來調節(jié)池內的污泥負荷及DO，通過一段時間的改善，一般能夠控制住污泥膨脹現象。

4 結語

污泥膨脹是活性污泥法問世以來一直困擾人們的難題。目前人類對污泥膨脹的研究雖然有了一定的成果，但是由于各地的污水水質以及運行狀況不同，引起活性污泥膨脹現象的因素多種多樣，所以至今未能有一種能夠適用于所有污泥膨脹現象的合理解釋。只有結合本地的實際情況、處理水質、運行條件等因素考慮才能作出有針對性的解釋，同時應該大膽實踐不斷總結并和同行廣泛交流，從而更快找到行之有效地解決方法。