污泥膨脹原因分析及解決方法

廢水生物處理是利用相關(guān)微生物進(jìn)行代謝的過程。它是廢水中有機物的降解或轉(zhuǎn)化過程。微生物在降解有機物的同時繁殖。

污泥膨脹有兩種類型:一種是由于活性污泥中大量絲狀細(xì)菌的繁殖而引起的污泥絲狀細(xì)菌的膨脹，另一種是由于高粘性物質(zhì)(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脫氧核糖)在細(xì)菌膠束中。

根據(jù)絲狀微生物對環(huán)境條件和基質(zhì)類型的不同要求，污泥絲狀細(xì)菌膨脹可分為五種類型:

(1)低基質(zhì)濃度型;

(2)低溶解氧濃度型;

(3)營養(yǎng)缺乏型;

(4)高硫化物型;

(5) PH不平衡型。在實際運行中，污泥絲狀菌的膨脹一般是主要的，占90%以上。

污泥膨脹發(fā)生時，主要有以下特點:

(1)二沉池污泥SVI值大于200ml / g;

(2)出水污泥濃度降低;

(3)二沉池內(nèi)污泥層增加。

1、污泥膨脹理論

1. A / V假說:當(dāng)混合物中的基質(zhì)受到限制或控制時，比表面積大的菌絲比菌絲獲得基質(zhì)的能力更強，因此菌絲受到壓制，絲狀細(xì)菌大量繁殖。

2. 動態(tài)選擇性理論:以微生物生長動力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)具有不同比生長速率和飽和常數(shù)的不同微生物類型，分析絲狀細(xì)菌與細(xì)菌膠束之間的競爭。

3.饑餓假說:活性污泥中的微生物分為三類。一類是細(xì)菌膠束細(xì)菌，二類是耐饑餓的絲狀細(xì)菌，基質(zhì)親和力高，生長緩慢，三類是快速生長的絲狀細(xì)菌，對溶解氧的親和力高，對饑餓的敏感性高。

4. 貯藏選擇理論:在底物寬裕的狀態(tài)下，非絲狀細(xì)菌具有貯存底物的能力，當(dāng)?shù)孜锶狈r，貯存的物質(zhì)可進(jìn)行代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。然而，一些絲狀細(xì)菌也具有底物儲存能力，不能完全用來解釋污泥膨脹的機理。

5. 氮氧化物假說:Casey提出了低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說。如果缺氧區(qū)反硝化作用不足，導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸鹽氮，中間產(chǎn)物no和N2O會壓制細(xì)菌膠束的好氧細(xì)胞色素，然后在好氧條件下壓制基質(zhì)利用。相反，有些絲狀菌只能將硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽氮，因此在反硝化條件下，no和N2O不會在細(xì)胞內(nèi)積累，絲狀菌在好氧段也不會受到壓制，因此具有更大的競爭優(yōu)勢。

亞硝酸鹽與SVI具有一定的正相關(guān)關(guān)系。具有良好沉降性能的污泥粒徑分布廣泛，以球菌為主，膨脹污泥的粒徑多為10 μ m以內(nèi)，污泥相對較細(xì)。

2、影響污泥膨脹的因素

1. 溫度

低溫有利于絲狀細(xì)菌的生長。Daigger等發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀污泥膨脹，而將污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹。

2、pH值

活性污泥微生物的適宜pH范圍為6.5 ~ 8.5。當(dāng)pH小于6時，細(xì)菌膠束的活性降低，生長受到壓制，但絲狀細(xì)菌可以大量繁殖，取代細(xì)菌膠束成為優(yōu)勢種群。污泥沉降性能明顯惡化，出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。當(dāng)pH值低于4.5時，真菌完全占據(jù)優(yōu)勢。

3,DO

絲狀細(xì)菌的生長受到干物質(zhì)的壓制比絲狀細(xì)菌的壓制更大，這是污泥中絲狀細(xì)菌生長受到壓制的主要原因之一。

低KS的絲狀細(xì)菌在低底物濃度下比細(xì)菌膠束有更高的比生長速率，這可以解釋底物限制、溶解氧限制和養(yǎng)分限制導(dǎo)致污泥膨脹的原因。只要溶解氧達(dá)到限制，污泥在任何負(fù)荷下都會發(fā)生膨脹。在污水處理中，do控制在2左右。過高或過低都容易造成污泥膨脹。

4、F / M

在低負(fù)荷下，由于絲狀細(xì)菌具有巨大的比表面積和較低的KS，對碳源具有很強的親和力，優(yōu)先利用碳源，從而具有競爭優(yōu)勢。

低f / m常出現(xiàn)在全混合曝氣池、回流比大的氧化溝(如卡魯薩氧化溝)和沿途分散進(jìn)水曝氣池;低負(fù)荷易造成污泥絲狀膨脹，高負(fù)荷易造成污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均勻，好氧區(qū)一直在低負(fù)荷下運行，容易造成大量絲狀細(xì)菌增殖。

Li等對其影響的研究。對膜生物反應(yīng)器污泥負(fù)荷參數(shù)的研究表明，當(dāng)f / M < 0.2kg/kg D時，容易引起污泥膨脹;潘和蘇等人。污水通過好氧選擇器進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，調(diào)節(jié)F / m至0.4kg/kgd，有效控制污泥膨脹;萊蒂寧和洛尼斯采用缺氧選擇器強化反硝化除磷，有效解決了污泥膨脹問題。

在高有機負(fù)荷下，反應(yīng)器中的基質(zhì)豐富。在這種情況下，細(xì)菌膠束比絲狀細(xì)菌具有更強的吸附和儲存營養(yǎng)物質(zhì)的能力，能夠充分利用高濃度底物，增殖迅速，具有更高的比生長率，壓制絲狀細(xì)菌的生長。

然而，如果do濃度不夠，低于0.5mg/l，在低溶解氧的條件下，細(xì)菌膠束的增殖受到壓制，而絲狀細(xì)菌由于其較大的比表面積，即使在低溶解氧的條件下也能獲得氧氣，其增殖速率顯著高于細(xì)菌膠束，導(dǎo)致污泥在高負(fù)荷、低負(fù)荷下膨脹;在低負(fù)荷下，由于長期缺乏足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)菌膠束的生長受到壓制，而絲狀細(xì)菌具有較大的比表面積，其菌絲會從細(xì)菌膠束中伸展出來，增加其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收表面積。

由于研究人員的研究背景和研究條件不同，研究結(jié)果也很不一致，特別是關(guān)于有機負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的陳述也很混亂。高有機負(fù)荷和低有機負(fù)荷都可能引起污泥膨脹。福特和埃肯菲爾德發(fā)現(xiàn)，污泥膨脹在高負(fù)荷和低負(fù)荷下都可能發(fā)生。Palm和其他人認(rèn)為，根據(jù)不同的負(fù)荷，在任何濃度下都可能發(fā)生膨脹。Chudoba等認(rèn)為，盡管柱塞流曝氣池的進(jìn)料方向存在較大的濃度梯度，但污泥在高負(fù)荷下仍會發(fā)生膨脹。

5. 氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)

一般認(rèn)為污水中BOD5: n = 100:5:1是適宜的微生物比例。

N. P含量不平衡的廢水會引起絲狀菌和非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹:有研究發(fā)現(xiàn)，在N缺乏的情況下，絲狀細(xì)菌比表面積大，KS低，對N、P等營養(yǎng)物質(zhì)有很強的親和力，優(yōu)先利用營養(yǎng)物質(zhì)，從而形成競爭優(yōu)勢;非絲狀污泥膨脹:當(dāng)BOD5 / N為100:3時，細(xì)菌膠束沒有足夠的N來完成代謝，有機質(zhì)以高度親水多糖胞外聚合物(EPS)的形式儲存。因此，應(yīng)降低進(jìn)水碳氮比。

6. 微量元素

充分混合的活性污泥工藝會促進(jìn)絲狀細(xì)菌過度生長，這可以通過微量金屬缺乏理論進(jìn)行分析。由于絲狀細(xì)菌比細(xì)菌膠束具有更大的比表面積，在微量金屬含量不足時，絲狀細(xì)菌對微量金屬的吸附能力比細(xì)菌膠束大，從而壓制了細(xì)菌膠束的生長。

7. 有毒物質(zhì)

當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水處理廠時，活性污泥中的微生物就會中毒。Novak在對非絲狀細(xì)菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌膠束吸收污水中的有毒物質(zhì)后，粘稠物質(zhì)的分泌會減少，生理活動會異常，這可能導(dǎo)致污泥膨脹。

3、污泥膨脹溶液

1. 緊急措施:

(1)加入絮凝劑，如硅藻土、粘土、厭氧污泥、金屬鹽和絮凝劑，如鐵鹽(氯化亞鐵5 ~ 50mg / L)、鋁鹽(鋁土礦10 ~ 100mg / L)。

(2)采用消毒氧化劑。如采用回泥氯化措施，投加量一般為2 ~ 10kg Cl2 / 1000kg干泥。既能控制曝氣池污泥膨脹，又能對二級處理出水進(jìn)行消毒，使控制污泥膨脹所需的氯量降低。

當(dāng)銅離子濃度為0.75mg/l或食鹽濃度為4G /l時，對絲狀污泥膨脹具有良好的壓制效果。然而，這種方法只能治標(biāo)不治本。

2. 改變的過程

(1)設(shè)置選擇器。選擇器是一個高有機負(fù)荷區(qū)域(接觸面積)之前或在前面部分的曝氣池提供高濃度的菌膠團(tuán)菌可吸收溶解底物,以改善其吸收和存儲能力,讓他們在與絲狀細(xì)菌競爭有優(yōu)勢。

(2)此外，改變反應(yīng)器形式，如將全混合曝氣池改為推流式曝氣池，將連續(xù)進(jìn)水改為間歇式進(jìn)水。絲狀細(xì)菌在沒有分子氧的環(huán)境中很難吸收底物，這使得利用底物的功能細(xì)菌通過脫氮除磷的過程迅速增殖。因此，a / O和a / a / O系統(tǒng)可以有效地控制絲狀污泥膨脹。

在A2 / O過程中，厭氧區(qū)和缺氧區(qū)不利于絲狀細(xì)菌的增殖。如果部分進(jìn)水能提供好氧段的碳源，則絲狀細(xì)菌在整個系統(tǒng)中處于不利地位。

(3)工藝操作規(guī)程:由于污水腐爛膨脹，消化后的污水可進(jìn)行預(yù)曝氣，沉淀池內(nèi)的污泥應(yīng)及時刮掉;n .對無P的污水，可及時添加尿素、銨鹽、化肥或與生活污水混合，使BOD5: n = 100:5:1;缺氮時，可將含氮量高的污泥上清液從污泥消化池加入曝氣池;低溶解氧可以增加氧氣供應(yīng)。采用表面旋轉(zhuǎn)刷曝氣氧化溝。要改善做，可通過增加出水口堰高度來加強旋轉(zhuǎn)刷的曝氣能力，以改善旋轉(zhuǎn)刷的牽伸;

低負(fù)荷引起的污泥膨脹可適當(dāng)提高f / M;高負(fù)荷污泥膨脹，射流曝氣可剪切絲狀菌，射流傳質(zhì)效率高，可提供足夠的溶解氧。加大水力剪切力:通過曝氣過程中產(chǎn)生的強大水力剪切作用，使蓬松的污泥自聚集壓實，絮體表面不穩(wěn)定的絲狀細(xì)菌脫落。

(4)在充分混合曝氣池中，0.1 ~ 0.5 kgbod5 / (kgmlss·d)負(fù)荷膨脹，而在推流式中，污泥負(fù)荷大于0.5 kgbod5 / (kgmlss·d)，但間歇式反應(yīng)器中不存在膨脹;液壓負(fù)載的變化導(dǎo)致SVI的增加。具體分析是，高負(fù)荷、低溶解氧刺激了絲狀細(xì)菌的生長，絲狀細(xì)菌生長的不可逆性導(dǎo)致污泥膨脹，特別是當(dāng)有機物濃度急劇增加時;當(dāng)污泥有機負(fù)荷為0.5kg/kg·D, do為2mg / L時，可有效控制絲狀菌的生長。

(5)低負(fù)荷引起的污泥膨脹的回收:增加污泥負(fù)荷，利用底物濃度高的環(huán)境條件下，細(xì)菌膠束的貯存容量和更大比生長率高于絲狀細(xì)菌的特點，從而在反應(yīng)器中創(chuàng)造有利于細(xì)菌膠束生長繁殖的生態(tài)環(huán)境，從而取代絲狀細(xì)菌，逐漸成為污泥中的優(yōu)勢菌株，使膨脹的污泥逐步恢復(fù)正常。

(6)增加污泥回流有利于提高細(xì)菌膠束對有機物的吸收能力，增加與絲狀細(xì)菌的競爭，壓制絲狀細(xì)菌的膨脹。絲狀菌的生長速度低于非絲狀菌。長SRT有利于絲狀菌的生長，因此增加排泥量可以有效消除池內(nèi)過多的絲狀菌。而且，在污泥齡較長的情況下，出現(xiàn)污泥老化，老化污泥的活性不足，而絲狀細(xì)菌的競爭，會使絲狀細(xì)菌在競爭中處于優(yōu)勢地位。

3.污泥膨脹自然消除的原因：污泥膨脹導(dǎo)致污泥損失大，MLSS濃度降低。因此，在其他條件不變的情況下，有機負(fù)荷增加，do增加，our減少，有利于壓制絲狀細(xì)菌的增殖。

4、污泥膨脹的其他原因

1. 一般認(rèn)為，含懸浮物較少，較多可溶、易降解的有機物，特別是含低分子量碳?xì)浠衔铩⑻穷惡陀袡C酸的有機物，容易產(chǎn)生絲狀細(xì)菌擴張，如啤酒、食品、乳品和造紙廢水;

絲狀細(xì)菌對高分子物質(zhì)的水解能力較弱，對不溶性物質(zhì)的吸附能力較差。低分子有機物可以直接作為能源使用。具代表性的絲狀細(xì)菌是sphaeromonas，它可以直接利用葡萄糖、蔗糖和乳糖等糖類。當(dāng)廢水中可溶性有機物較多時，容易誘發(fā)絲狀細(xì)菌膨脹，而以不溶性有機物為去除對象的廢水則不容易產(chǎn)生污泥膨脹。

范et al。發(fā)現(xiàn)葡萄糖、醋酸鹽等低分子量可溶性有機物易引起污泥膨脹，而大分子淀粉不易引起污泥膨脹。

2. 腐爛污水和大量硫化氫污水。污水長時間滯留在下水道、初沉池等儲存設(shè)施中，導(dǎo)致早期消化，降低pH值，產(chǎn)生低分子溶解有機質(zhì)和硫化氫，有利于絲狀細(xì)菌的吸收，引起硫代謝絲狀細(xì)菌。然而，大部分硫化氫是厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，厭氧發(fā)酵會產(chǎn)生大量的小分子有機酸，這是污泥膨脹的主要原因。

3.雖然一些厭氧裝置的出水含有大量的硫化氫，但當(dāng)揮發(fā)性有機酸濃度很低時，污泥不會膨脹。當(dāng)揮發(fā)性有機酸濃度達(dá)到一定濃度時，主要的低分子有機酸(乙酸和丙酸)容易降解，導(dǎo)致耗氧率增加，體積膨脹受限。