污泥膨脹指污泥結構極度松散,體積增大(dà)、上(shàng)浮,難于沉降分離影響出水(shuǐ)水(shuǐ)質的現(xiàn)象。基本上(shàng)各種類型的活性污泥工(gōng)藝都會(huì)發生污泥膨脹,而且一旦發生難以控制,通常都需要很(hěn)長的時(shí)間來(lái)調整。污泥膨脹的發生率是相當高(gāo)的,在歐洲近百分之五十的城(chéng)市污水(shuǐ)廠(chǎng)每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發生,在中國的發生率也(yě)非常高(gāo)。針對(duì)污泥膨脹,各方面的理(lǐ)論很(hěn)多,但(dàn)并不完全一緻,甚至有很(hěn)多相互矛盾,這(zhè)給水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)作(zuò)者造成很(hěn)大(dà)的麻煩。
1、污泥膨脹特點
污泥結構松散,質量變輕,沉澱壓縮性能(néng)差;SV值增大(dà),有時(shí)達到(dào)百分之九十,SVI達到(dào)300以上(shàng);大(dà)量污泥流失,出水(shuǐ)渾濁;二次沉澱難以固液分離,回流污泥濃度低(dī),有時(shí)還伴随大(dà)量的泡沫的産生,無法維持生化處理(lǐ)的正常工(gōng)作(zuò)。
污泥膨脹是生化處理(lǐ)系統較爲嚴重的異常現(xiàn)象之一,它直接影響出水(shuǐ)水(shuǐ)質,并危害整個生化系統的運作(zuò)。
污泥膨脹的發生率是相當高(gāo)的,在歐洲近50%的城(chéng)市污水(shuǐ)廠(chǎng)每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發生,在中國的發生率也(yě)非常高(gāo)。基本上(shàng)目前各種類型的活性污泥工(gōng)藝都會(huì)發生污泥膨脹。污泥膨脹不但(dàn)發生率高(gāo),發生普遍,而且一旦發生難以控制,通常都需要很(hěn)長的時(shí)間來(lái)調整。針對(duì)污泥膨脹,各方面的理(lǐ)論很(hěn)多,但(dàn)并不完全一緻,甚至有很(hěn)多相互矛盾,這(zhè)給水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)作(zuò)者造成很(hěn)大(dà)的麻煩。
2、污泥膨脹類型
(1)、非絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水(shuǐ)水(shuǐ)溫較低(dī)而污泥負荷太高(gāo)的時(shí)候,此時(shí)細菌吸附了(le)大(dà)量有機物,來(lái)不及代謝(xiè),在胞外(wài)積貯大(dà)量高(gāo)粘性的多糖物質,使得表面附着物大(dà)量增加,很(hěn)難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏時(shí),也(yě)有可産生膨脹現(xiàn)象。因爲若缺氮,微生物便于工(gōng)作(zuò)不能(néng)充分利用(yòng)碳源合成細胞物質,過量的碳源将被轉化爲多糖類胞外(wài)貯存物,這(zhè)種貯存物是高(gāo)度親水(shuǐ)型化合物,易形成結合水(shuǐ),從(cóng)而影響污泥的沉降性能(néng),産生高(gāo)粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發生時(shí)其生化處理(lǐ)效能(néng)仍較高(gāo),出水(shuǐ)也(yě)還比較清澈,污泥鏡檢也(yě)看(kàn)不到(dào)絲狀菌。非絲狀菌膨脹發生情況較少,且危害并不十分嚴重。
(2)、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工(gōng)作(zuò)中較爲常見,成因也(yě)十分複雜(zá)。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很(hěn)多,首先應該認識到(dào)的是活性污泥是一個混合培養系統,其中至少存在着30種可能(néng)引起污泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團系統共生的關系中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對(duì)淨化污水(shuǐ)起着很(hěn)好(hǎo)的作(zuò)用(yòng)。它對(duì)保持污泥的絮體結構,保持生化處理(lǐ)的淨化效率,及在沉澱中起着對(duì)懸浮物的過濾作(zuò)用(yòng)等都有很(hěn)重要的意義。事(shì)實也(yě)證明(míng)在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時(shí)是不會(huì)産生污泥膨脹,隻有當絲狀菌生長超過菌膠團細菌時(shí),才會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。
3、污泥膨脹幾種理(lǐ)論
(1)、A/V假說
當混合液中基質收到(dào)限制或控制時(shí),由于比表面積大(dà)的絲狀菌獲取基質的能(néng)力要強于菌膠團,因而菌膠團受到(dào)抑制,絲狀菌大(dà)量繁殖;
(2)、動力選擇性理(lǐ)論
以微生物生長動力學爲基礎,根據不同種類微生物具有不同的最大(dà)比生長速率和(hé)飽和(hé)常數,分析絲狀菌與菌膠團的競争情況;
(3)、饑餓假說
将活性污泥中微生物分爲三類,第一類是菌膠團細菌,第二類是具有高(gāo)基質親和(hé)力但(dàn)生長緩慢的耐饑餓絲狀菌,第三類是對(duì)溶解氧有高(gāo)親和(hé)力、對(duì)饑餓高(gāo)度敏感的快(kuài)速生長絲狀菌;
(4)、存儲選擇理(lǐ)論
在底物風(fēng)度的狀态下(xià),非絲狀菌具有貯存底物的能(néng)力,而被貯存物質在底物匮乏時(shí)能(néng)夠被代謝(xiè)産生能(néng)量或合成蛋白(bái)質。但(dàn)是一些(xiē)絲狀菌也(yě)具有底物貯存能(néng)力,底物貯存能(néng)力不能(néng)完全用(yòng)來(lái)解釋污泥膨脹機理(lǐ);
(5)、氮氧化氮假說
CASEY提出低(dī)負荷生物脫氮除磷工(gōng)藝的污泥膨脹假說,如果缺氧區(qū)的反硝化不充分,導緻好(hǎo)氧區(qū)存在亞硝酸氮,那中間産物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團的好(hǎo)氧細胞色素,進而抑制其好(hǎo)氧情況下(xià)的基質利用(yòng),相反一些(xiē)絲狀菌隻能(néng)将硝酸氮還原爲亞硝酸氮,因此不會(huì)在反硝化條件下(xià)胞内積累NO和(hé)N2O,絲狀菌就不會(huì)在好(hǎo)氧段被抑制,因而更具競争優勢。亞硝酸與SVI有一定的正相關性。沉澱性能(néng)良好(hǎo)的污泥粒徑分布較廣,且以球菌爲主,膨脹污泥的粒徑大(dà)都在10μm以内,污泥較爲細碎。
4、污泥膨脹的影響因素
(1)、溫度
低(dī)溫有利于絲狀菌生長,Daigger等人發現(xiàn)10℃容易導緻絲狀菌性污泥膨脹,而污水(shuǐ)溫度提高(gāo)到(dào)22℃則不容易産生污泥膨脹現(xiàn)象;
(2)、pH
活性污泥微生物适宜pH範圍爲6.5~8.5,pH小(xiǎo)于6時(shí),菌膠團活性減弱,生長受到(dào)抑制,但(dàn)絲狀菌能(néng)大(dà)量繁殖,取代菌膠團成爲優勢種群,污泥的沉降性能(néng)明(míng)顯變差并發生污泥膨脹。pH值低(dī)于4.5時(shí),真菌完全占優勢。
(3)、DO
低(dī)DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一,若DO成爲限制因子,菌膠團生長受抑制,而絲狀菌因具有巨大(dà)的比表面積,更易獲得溶解氧進行生長繁殖,在競争中處于優勢地位。具有低(dī)Ks的絲狀菌在低(dī)基質濃度下(xià),具有比菌膠團高(gāo)的比生長速率,這(zhè)可以解釋基質限制、溶解氧限制和(hé)營養物質限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。隻要溶解氧成爲限制,任何負荷下(xià)都會(huì)發生污泥膨脹。污水(shuǐ)處理(lǐ)中DO控制在2左右,太高(gāo)太低(dī)都容易引起污泥膨脹。
(4)、F/M
低(dī)負荷情況下(xià),由于絲狀菌具有巨大(dà)的比表面積,低(dī)Ks,其對(duì)碳源有較強的親和(hé)力,優先利用(yòng)碳源,造成競争優勢。低(dī)F/M經常出現(xiàn)在完全混合式曝氣池、大(dà)回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水(shuǐ)曝氣池中;低(dī)負荷容易引發絲狀菌污泥膨脹,高(gāo)負荷容易引發污泥粘性膨脹。負荷分布不均,好(hǎo)氧區(qū)一直處于低(dī)負荷運行狀态易造成絲狀菌大(dà)量增殖。Li等人對(duì)膜生物反應器内污泥負荷參數的影響研究表明(míng),當F/M<0.2kg/kg.d時(shí),容易引發污泥膨脹;Pan和(hé)Su等人将污水(shuǐ)通過好(hǎo)氧選擇器進入膜生物反應器,将F/M調整到(dào)0.4kg/kgd,有效的控制了(le)污泥膨脹;而Laitinen和(hé)Luonis等人則是利用(yòng)缺氧選擇器,加強反硝化除磷作(zuò)用(yòng),有效解決了(le)污泥膨脹。
高(gāo)有機負荷下(xià),反應器内底物充裕,在這(zhè)種情況中菌膠團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營養物質的能(néng)力,能(néng)夠充分利用(yòng)高(gāo)濃度的底物迅速增殖,具有較高(gāo)的比生長速率,抑制了(le)絲狀菌的生長,但(dàn)是如果DO濃度不夠,在0.5mg/L以下(xià),菌膠團在低(dī)溶氧的條件下(xià)增殖受到(dào)抑制,而絲狀菌由于其具有更大(dà)的比表面積,即使在低(dī)溶氧的條件下(xià)也(yě)能(néng)獲得氧,其增殖速率明(míng)顯高(gāo)于菌膠團,發生高(gāo)負荷低(dī)DO下(xià)的污泥膨脹;低(dī)負荷下(xià)由于長時(shí)間缺少足夠的營養物質,菌膠團生長受到(dào)抑制,而絲狀菌具有較大(dà)的比表面積,其菌絲會(huì)從(cóng)菌膠團中伸展出來(lái)以增加其攝取營養的表面積。
由于研究者的研究背景和(hé)研究條件不盡相同,研究結果也(yě)很(hěn)不一緻尤其是關于有機負荷與污泥膨脹關系的說法也(yě)比較混亂。高(gāo)低(dī)有機負荷都可能(néng)引起污泥膨脹,Ford和(hé)Eckenfeilder等人發現(xiàn)高(gāo)低(dī)負荷下(xià)都可能(néng)發生污泥膨脹,Palm等人認爲根據負荷不同,在任何DO濃度條件下(xià)都可能(néng)發生膨脹,Chudoba等人認爲即使對(duì)于推流式曝氣池,雖然沿吃長方向存在着高(gāo)的濃度梯度,但(dàn)在高(gāo)負荷下(xià)也(yě)會(huì)發生污泥膨脹。
(5)、N、P營養物質
通常認爲污水(shuǐ)中BOD:N:P=100:5:1爲微生物的适宜比例。N、P含量不均衡的廢水(shuǐ),會(huì)引發絲狀菌與非絲狀菌膨脹,絲狀菌膨脹:有研究發現(xiàn)在缺N的情況下(xià),由于絲狀菌具有巨大(dà)的比表面積,低(dī)Ks,其對(duì)N、P等營養物質有較強的親和(hé)力,優先利用(yòng)營養物質,造成競争優勢;非絲狀菌污泥膨脹:BOD5/N爲100:3時(shí),菌膠團未能(néng)有充分的N完成代謝(xiè),于是把有機物以高(gāo)親水(shuǐ)性的多糖胞外(wài)聚合物(EPS)的形式貯存在胞外(wài)。因此要降低(dī)進水(shuǐ)C/N比。
(6)、微量元素
完全混合活性污泥法會(huì)助長絲狀菌的過量生長,這(zhè)可用(yòng)痕量金(jīn)屬缺乏症理(lǐ)論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團更大(dà)的比表面積,其在痕量金(jīn)屬含量不足時(shí)比後者具有更大(dà)的對(duì)痕量金(jīn)屬的吸附能(néng)力,從(cóng)而抑制了(le)菌膠團的生長。
(7)、有毒物質
當有毒工(gōng)業廢水(shuǐ)進入污水(shuǐ)廠(chǎng)時(shí),活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象,Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發現(xiàn),菌膠團吸收污水(shuǐ)中的有毒物質後,粘性物質分泌減少,生理(lǐ)活動出現(xiàn)異常,可能(néng)引起污泥膨脹。