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關於汙泥膨脹機理的詳解！
來源：科柏（bǎi）盛環（huán）保 發布時間：2020-10-15
汙（wū）泥膨脹指汙泥結構（gòu）極度鬆散，體（tǐ）積增大、上浮，難於沉降分離影響出水水質（zhì）的現象。基本上（shàng）各種類型的活性汙泥工藝都會發生汙泥膨脹，而且一旦發生難以控製，通常都需要很長的（de）時（shí）間（jiān）來調整（zhěng）。汙泥膨脹的（de）發生率是相當高的，在歐洲近百（bǎi）分之五十的城市汙（wū）水廠每年都會（huì）有不同程度的汙泥膨脹發生（shēng），在中國的發生率也非常高。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很（hěn）多，但（dàn）並（bìng）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。
1、汙泥膨脹（zhàng）特點
汙泥結構鬆散，質量變輕，沉澱（diàn）壓縮性能差；SV值增大，有時達到（dào）百分（fèn）之九十，SVI達到（dào）300以上;大量汙泥流失，出水（shuǐ）渾濁;二次沉澱難（nán）以固液分離，回流汙泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持（chí）生（shēng）化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化（huà）處理係統較為嚴重的異常現象之（zhī）一，它直（zhí）接影響出水水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨（péng）脹的發生率是相（xiàng）當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不同程度的汙泥（ní）膨脹發生，在中國的發（fā）生率也非常高。基本上目前（qián）各種類（lèi）型的（de）活性汙（wū）泥工藝都會發生汙泥膨脹。汙泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控製（zhì），通常都需要很長的時間來調整（zhěng）。針對汙泥膨脹，各方（fāng）麵的理論很多，但並不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這（zhè）給（gěi）水處理工作者造成很大的麻煩。
2、汙泥膨脹（zhàng）類型
1、非絲狀（zhuàng）菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫（wēn）較低而汙泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代謝（xiè），在胞外積貯大量高粘性的多糖物質，使得表麵附著物大量增加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏（fá）時，也有可產生膨（péng）脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不（bú）能充（chōng）分利用碳源（yuán）合（hé）成細胞物質，過量的碳源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合（hé）物，易形（xíng）成結（jié）合水，從（cóng）而影響（xiǎng）汙泥的沉降性（xìng）能，產生高粘性的汙泥膨（péng）脹。非絲狀菌汙泥膨（péng）脹發生時其生化處（chù）理效（xiào）能仍較高，出（chū）水也還比較清澈（chè），汙泥鏡檢也看不到絲狀（zhuàng）菌。非絲狀菌膨脹發生情況（kuàng）較少，且（qiě）危害並不十分嚴重。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較（jiào）為常見，成（chéng）因也十分複（fù）雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多，*先（xiān）應該認識到（dào）的是活性汙泥是一個混合培養係統，其中至少存在著30種可能引起汙泥（ní）膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共生的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的絮體結構，保持生化處理的淨化效（xiào）率，及在沉澱中起著對懸浮物的（de）過濾作用等都有很重要的（de）意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡（héng）時是不會產生汙泥膨脹，隻有當（dāng）絲狀菌生長超過菌膠團細菌（jun1）時，才會出現汙泥膨（péng）脹現象。
3、汙泥膨脹幾種理論（lùn）
1、A/V假說
當混合液中基（jī）質收到限製（zhì）或（huò）控製時，由於比表（biǎo）麵積大的（de）絲狀菌獲取基質（zhì）的能力要強（qiáng）於菌膠團，因而菌（jun1）膠團受到抑製，絲狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論
以微生物生長動力學（xué）為基礎，根據不同種（zhǒng）類微生（shēng）物具有不同的*大比生長速（sù）率和（hé）飽和常數，分析絲狀菌與菌（jun1）膠團的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性（xìng）汙泥中微生（shēng）物分為三類，*類是菌膠團（tuán）細菌，第二類是具有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲（sī）狀菌，第（dì）三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速（sù）生（shēng）長絲狀菌；
4、存儲（chǔ）選擇理論
在底物風度的（de）狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能（néng）力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能（néng）量或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也具有底物貯（zhù）存（cún）能力，底物貯存能力不能完全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧（yǎng）化氮假說（shuō）
CASEY提出低負（fù）荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨脹假說（shuō），如果缺氧區（qū）的反硝化不充分，導（dǎo）致好氧區存（cún）在亞（yà）硝酸氮，那（nà）中間（jiān）產（chǎn）物NO、N2O就會抑（yì）製菌膠團的好氧細胞色素，進而抑製其好氧情況下的基質利用，相反一（yī）些絲狀菌隻能將硝酸氮還原（yuán）為亞硝酸氮（dàn），因（yīn）此不會在反（fǎn）硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝（xiāo）酸與SVI有（yǒu）一定的正相關性。沉澱性能良好的（de）汙泥粒徑分布較（jiào）廣，且（qiě）以（yǐ）球（qiú）菌為主，膨脹汙泥的（de）粒徑大（dà）都（dōu）在10μm以（yǐ）內，汙泥較為細碎。
4、汙泥膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發（fā）現（xiàn）10℃容易導致絲狀菌性（xìng）汙泥膨脹，而汙水（shuǐ）溫度提高到22℃則不容（róng）易產生汙泥膨脹現象；
2、pH
活性汙泥微生（shēng）物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時，菌膠團活性減弱，生長受到抑製，但（dàn）絲（sī）狀（zhuàng）菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優勢種群，汙泥的（de）沉降（jiàng）性能明顯（xiǎn）變差並發生汙泥膨脹。pH值低於4.5時，真菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌汙泥膨脹的主（zhǔ）要原（yuán）因之一，若DO成為限製因子，菌膠團生長受抑製，而絲狀菌因具有巨大的比表麵積，更易（yì）獲得（dé）溶解氧進行生長繁殖，在（zài）競爭中處於優勢地（dì）位。具有低（dī）Ks的絲（sī）狀菌在低基質濃度下，具有比菌膠團高的比生長（zhǎng）速率，這可以解釋基質限（xiàn）製、溶解氧限製和營養物質限製引起的汙（wū）泥膨脹現象。隻要溶解氧成為限製，任何負荷下都會發生汙泥膨（péng）脹。汙水處理中DO控製在2左右（yòu），太高太低都容易引起汙泥膨脹（zhàng）。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌（jun1）具有巨大的比表麵積，低Ks，其對碳源有較強的親和力，優先利用碳源，造成（chéng）競爭（zhēng）優勢。低F/M經常出現在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負荷（hé）容易引發絲狀菌（jun1）汙泥（ní）膨脹，高負荷容易引發汙泥粘性膨脹（zhàng）。負荷分布不均，好氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲狀菌（jun1）大量（liàng）增殖。Li等人對膜生物反應器內汙泥負荷（hé）參數的影響研究表（biǎo）明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將汙水通（tōng）過好（hǎo）氧選擇器進入（rù）膜生物（wù）反應器（qì），將F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了汙泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強反硝化除磷作（zuò）用，有效解決了汙泥膨脹。
高有機負荷下，反應器內底物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌（jun1）具有更強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高（gāo）濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑製（zhì）了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠（gòu），在0.5mg/L以（yǐ）下，菌膠團在低溶氧的條件下增殖受到抑製，而絲狀（zhuàng）菌由於其具有更大的比表麵積，即使在低溶氧的條件下也（yě）能獲（huò）得氧，其增殖速（sù）率明顯高於菌膠團，發生高負（fù）荷低DO下的汙泥膨脹；低負荷下由於（yú）長時（shí）間缺少足夠的營養物質，菌（jun1）膠團生（shēng）長（zhǎng）受到抑製，而絲狀菌具有較大的比表麵積，其菌（jun1）絲會從菌膠團中伸展出來以增加其攝取營養的表麵積。
由（yóu）於研究者的研究背景和研究條件不盡相（xiàng）同，研究結果也很不一致尤其是關於有機負荷與汙泥膨脹關係（xì）的說法也比較混亂。高低有機負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負荷下都（dōu）可能發生（shēng）汙泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下（xià）都可能發生膨脹，Chudoba等（děng）人認為即使對於推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在（zài）高負荷下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙（wū）水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均（jun1）衡的廢水，會（huì）引發絲狀菌與非（fēi）絲（sī）狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發現（xiàn）在缺（quē）N的情況下，由於絲狀菌具有（yǒu）巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有較（jiào）強的親和（hé）力，優先利用（yòng）營（yíng）養物質（zhì），造成競爭優勢；非絲狀菌（jun1）汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時，菌膠團未能有充分的N完成代謝，於是（shì）把有機物以高親水（shuǐ）性的（de）多（duō）糖胞外（wài）聚合物(EPS)的形（xíng）式貯存（cún）在胞外。因此要降低進水C/N比。
6、微量（liàng）元素
完全混合活性汙泥法會助（zhù）長絲狀菌的（de）過量生長，這可用痕量金屬缺乏症理論分析。由於絲狀菌（jun1）具有比菌膠（jiāo）團更大（dà）的比表麵積，其在痕量金屬含量不足時比後者具有更大的對（duì）痕量金屬的（de）吸附能力，從而抑製了菌膠（jiāo）團的生（shēng）長。
7、有毒物質
當有毒工業廢水（shuǐ）進入汙水廠時，活性汙泥中（zhōng）的微生物要（yào）出現中毒現象，Novak在（zài）對非絲狀菌膨脹（zhàng）的研究中發現，菌膠團吸收汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌減少，生理活動出現（xiàn）異常，可能引起汙（wū）泥膨（péng）脹。
1、汙泥膨脹（zhàng）特點
汙泥結構鬆散，質量變輕，沉澱（diàn）壓縮性能差；SV值增大，有時達到（dào）百分（fèn）之九十，SVI達到（dào）300以上;大量汙泥流失，出水（shuǐ）渾濁;二次沉澱難（nán）以固液分離，回流汙泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持（chí）生（shēng）化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化（huà）處理係統較為嚴重的異常現象之（zhī）一，它直（zhí）接影響出水水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨（péng）脹的發生率是相（xiàng）當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不同程度的汙泥（ní）膨脹發生，在中國的發（fā）生率也非常高。基本上目前（qián）各種類（lèi）型的（de）活性汙（wū）泥工藝都會發生汙泥膨脹。汙泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控製（zhì），通常都需要很長的時間來調整（zhěng）。針對汙泥膨脹，各方（fāng）麵的理論很多，但並不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這（zhè）給（gěi）水處理工作者造成很大的麻煩。
2、汙泥膨脹（zhàng）類型
1、非絲狀（zhuàng）菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫（wēn）較低而汙泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代謝（xiè），在胞外積貯大量高粘性的多糖物質，使得表麵附著物大量增加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏（fá）時，也有可產生膨（péng）脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不（bú）能充（chōng）分利用碳源（yuán）合（hé）成細胞物質，過量的碳源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合（hé）物，易形（xíng）成結（jié）合水，從（cóng）而影響（xiǎng）汙泥的沉降性（xìng）能，產生高粘性的汙泥膨（péng）脹。非絲狀菌汙泥膨（péng）脹發生時其生化處（chù）理效（xiào）能仍較高，出（chū）水也還比較清澈（chè），汙泥鏡檢也看不到絲狀（zhuàng）菌。非絲狀菌膨脹發生情況（kuàng）較少，且（qiě）危害並不十分嚴重。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日常實際工作中較（jiào）為常見，成（chéng）因也十分複（fù）雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多，*先（xiān）應該認識到（dào）的是活性汙泥是一個混合培養係統，其中至少存在著30種可能引起汙泥（ní）膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共生的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的絮體結構，保持生化處理的淨化效（xiào）率，及在沉澱中起著對懸浮物的（de）過濾作用等都有很重要的（de）意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡（héng）時是不會產生汙泥膨脹，隻有當（dāng）絲狀菌生長超過菌膠團細菌（jun1）時，才會出現汙泥膨（péng）脹現象。
3、汙泥膨脹幾種理論（lùn）
1、A/V假說
當混合液中基（jī）質收到限製（zhì）或（huò）控製時，由於比表（biǎo）麵積大的（de）絲狀菌獲取基質（zhì）的能力要強（qiáng）於菌膠團，因而菌（jun1）膠團受到抑製，絲狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論
以微生物生長動力學（xué）為基礎，根據不同種（zhǒng）類微生（shēng）物具有不同的*大比生長速（sù）率和（hé）飽和常數，分析絲狀菌與菌（jun1）膠團的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性（xìng）汙泥中微生（shēng）物分為三類，*類是菌膠團（tuán）細菌，第二類是具有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲（sī）狀菌，第（dì）三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速（sù）生（shēng）長絲狀菌；
4、存儲（chǔ）選擇理論
在底物風度的（de）狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能（néng）力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能（néng）量或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也具有底物貯（zhù）存（cún）能力，底物貯存能力不能完全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧（yǎng）化氮假說（shuō）
CASEY提出低負（fù）荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨脹假說（shuō），如果缺氧區（qū）的反硝化不充分，導（dǎo）致好氧區存（cún）在亞（yà）硝酸氮，那（nà）中間（jiān）產（chǎn）物NO、N2O就會抑（yì）製菌膠團的好氧細胞色素，進而抑製其好氧情況下的基質利用，相反一（yī）些絲狀菌隻能將硝酸氮還原（yuán）為亞硝酸氮（dàn），因（yīn）此不會在反（fǎn）硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝（xiāo）酸與SVI有（yǒu）一定的正相關性。沉澱性能良好的（de）汙泥粒徑分布較（jiào）廣，且（qiě）以（yǐ）球（qiú）菌為主，膨脹汙泥的（de）粒徑大（dà）都（dōu）在10μm以（yǐ）內，汙泥較為細碎。
4、汙泥膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發（fā）現（xiàn）10℃容易導致絲狀菌性（xìng）汙泥膨脹，而汙水（shuǐ）溫度提高到22℃則不容（róng）易產生汙泥膨脹現象；
2、pH
活性汙泥微生（shēng）物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時，菌膠團活性減弱，生長受到抑製，但（dàn）絲（sī）狀（zhuàng）菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優勢種群，汙泥的（de）沉降（jiàng）性能明顯（xiǎn）變差並發生汙泥膨脹。pH值低於4.5時，真菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌汙泥膨脹的主（zhǔ）要原（yuán）因之一，若DO成為限製因子，菌膠團生長受抑製，而絲狀菌因具有巨大的比表麵積，更易（yì）獲得（dé）溶解氧進行生長繁殖，在（zài）競爭中處於優勢地（dì）位。具有低（dī）Ks的絲（sī）狀菌在低基質濃度下，具有比菌膠團高的比生長（zhǎng）速率，這可以解釋基質限（xiàn）製、溶解氧限製和營養物質限製引起的汙（wū）泥膨脹現象。隻要溶解氧成為限製，任何負荷下都會發生汙泥膨（péng）脹。汙水處理中DO控製在2左右（yòu），太高太低都容易引起汙泥膨脹（zhàng）。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌（jun1）具有巨大的比表麵積，低Ks，其對碳源有較強的親和力，優先利用碳源，造成（chéng）競爭（zhēng）優勢。低F/M經常出現在完全混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負荷（hé）容易引發絲狀菌（jun1）汙泥（ní）膨脹，高負荷容易引發汙泥粘性膨脹（zhàng）。負荷分布不均，好氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲狀菌（jun1）大量（liàng）增殖。Li等人對膜生物反應器內汙泥負荷（hé）參數的影響研究表（biǎo）明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將汙水通（tōng）過好（hǎo）氧選擇器進入（rù）膜生物（wù）反應器（qì），將F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了汙泥膨脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強反硝化除磷作（zuò）用，有效解決了汙泥膨脹。
高有機負荷下，反應器內底物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌（jun1）具有更強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高（gāo）濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑製（zhì）了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠（gòu），在0.5mg/L以（yǐ）下，菌膠團在低溶氧的條件下增殖受到抑製，而絲狀（zhuàng）菌由於其具有更大的比表麵積，即使在低溶氧的條件下也（yě）能獲（huò）得氧，其增殖速（sù）率明顯高於菌膠團，發生高負（fù）荷低DO下的汙泥膨脹；低負荷下由於（yú）長時（shí）間缺少足夠的營養物質，菌（jun1）膠團生（shēng）長（zhǎng）受到抑製，而絲狀菌具有較大的比表麵積，其菌（jun1）絲會從菌膠團中伸展出來以增加其攝取營養的表麵積。
由（yóu）於研究者的研究背景和研究條件不盡相（xiàng）同，研究結果也很不一致尤其是關於有機負荷與汙泥膨脹關係（xì）的說法也比較混亂。高低有機負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負荷下都（dōu）可能發生（shēng）汙泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下（xià）都可能發生膨脹，Chudoba等（děng）人認為即使對於推流式曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在（zài）高負荷下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙（wū）水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均（jun1）衡的廢水，會（huì）引發絲狀菌與非（fēi）絲（sī）狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發現（xiàn）在缺（quē）N的情況下，由於絲狀菌具有（yǒu）巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有較（jiào）強的親和（hé）力，優先利用（yòng）營（yíng）養物質（zhì），造成競爭優勢；非絲狀菌（jun1）汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時，菌膠團未能有充分的N完成代謝，於是（shì）把有機物以高親水（shuǐ）性的（de）多（duō）糖胞外（wài）聚合物(EPS)的形（xíng）式貯存（cún）在胞外。因此要降低進水C/N比。
6、微量（liàng）元素
完全混合活性汙泥法會助（zhù）長絲狀菌的（de）過量生長，這可用痕量金屬缺乏症理論分析。由於絲狀菌（jun1）具有比菌膠（jiāo）團更大（dà）的比表麵積，其在痕量金屬含量不足時比後者具有更大的對（duì）痕量金屬的（de）吸附能力，從而抑製了菌膠（jiāo）團的生（shēng）長。
7、有毒物質
當有毒工業廢水（shuǐ）進入汙水廠時，活性汙泥中（zhōng）的微生物要（yào）出現中毒現象，Novak在（zài）對非絲狀菌膨脹（zhàng）的研究中發現，菌膠團吸收汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌減少，生理活動出現（xiàn）異常，可能引起汙（wū）泥膨（péng）脹。
