污水处理基础术语：什么是污泥膨胀

污泥膨胀指污泥结构极度松散，体积增大、上浮，难于沉降分离影响出水水质的现象。基本上各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀，而且一旦发生难以控制，通常都需要很长的时间来调整。污泥膨胀的发生率是相当高的，在欧洲近百分之五十的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀发生，在中国的发生率也非常高。针对污泥膨胀，各方面的理论很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，这给水处理工作者造成很大的麻烦。

污泥结构松散，质量变轻，沉淀压缩性能差；SV值增大，有时达到百分之九十，SVI达到300以上；大量污泥流失，出水浑浊；二次沉淀难以固液分离，回流污泥浓度低，有时还伴随大量的泡沫的产生，无法维持生化处理的正常工作。

污泥膨胀是生化处理系统较为严重的异常现象之一，它直接影响出水水质，并危害整个生化系统的运作。

污泥膨胀的发生率是相当高的，在欧洲近50%的城市污水厂每年都会有不同程度的污泥膨胀发生，在中国的发生率也非常高。基本上各种类型的活性污泥工艺都会发生污泥膨胀。污泥膨胀不但发生率高，发生普遍，而且一旦发生难以控制，通常都需要很长的时间来调整。针对污泥膨胀，各方面的理论很多，但并不完全一致，甚至有很多相互矛盾，这给水处理工作者造成很大的麻烦。

此外，该技术在相关领域也有广泛的应用和实践。

大多数的丝状菌的KS和μmax值比菌胶团的低，所以，按照以上Monond方程，具有低KS和μmax值的丝状菌在低基质浓度条件下具有高的增长速率，而具有较高KS和μmax值的菌胶团在高基质浓度条件下才占优势。同样认为低负荷对于丝状菌生长有利的理论还有表面积/容积比（A/V）假说。这里的表面积和容积，是指活性污泥中微生物的表面积与体积。该假说认为伸展于絮凝体之外的丝状菌的比表面积（A/V）要大大超过菌胶团细菌的比表面积。当微生物处于受基质限制和控制的状态时，比表面积大的丝状菌在取得底物方面要比菌胶团有利，结果在曝气池内丝状菌就变成了优势菌。

低负荷易导致污泥膨胀这一观点无论是在实际运行中还是在理论上都有了较为成熟的解释。但在中国，通常生化反应的负荷设计都是较高的，的大量污泥膨胀却是在高负荷条件下发生的。事实上，在高负荷条件下的污泥膨胀往往是由于供氧不足、曝气池内DO浓度降低引起的。

微生物对有机物的降解过程实质上就是对氧的利用过程。溶解氧在活性污泥法的运行中是一个重要的控制参数，曝气池中DO浓度的高低直接影响着有机物的去除效率和活性污泥的生长。低DO浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。丝状菌由于具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数，在低DO浓度下比絮状菌增殖得快，从而导致丝状菌污泥膨胀。根据各方面的研究反应，DO对于污泥膨胀影响的的临界值并不确定。DO浓度的要求是与污泥负荷息息相关的，负荷越高，则对应的临界值就越大。这一值的确定与工艺选择、池型及进水类型都有着密切关系，必须根据实际情况结合实验才可以得出。

在此基础上，行业专家们也进行了大量的研究和改进。

② 废水中可溶性有机物含量多时，亦易于发生污泥膨胀。一般，这里所指的可溶性有机物，主要是低分子可溶性有机物，也包括上述的单糖、二糖类物质。实际上，在乳品生产废水、发酵废水、制糖废水(含大量可溶性有机物)的处理过程中，易于发生污泥膨胀。一般来说，活性污泥中的丝状菌与其他游离细菌相比较，对高分子物质的水解能力弱，也难于吸收不溶性物质。为此，当废水中含可溶性有机物多时，丝状菌就易于利用与自身繁殖。这样也就易于发生丝状菌性污泥膨胀。而对高黏性的非丝状菌性膨胀来说，由于废水中含有较多的可溶性糖类物质，活性污泥微生物亦就易于利用它们产生更多的高黏性多糖类物质，也就导致这一类型污泥膨胀的发生。

活性污泥微生物，为了进行正常的生长、繁殖，除了需要碳源外，还需氮、磷等营养物质。氮、磷和碳之间应有适当的比例，一般经验提出的比例通常为：BOD5:N:P=100:5:1。当废水中氮、磷含量不足时，亦易发生污泥膨胀。如在活性污泥中，丝状菌的表面积相对其他微生物来说要大些，易于摄取底物。故当氮、磷含量相对BOD5的比例不足时，由于具有上述特点，丝状菌比其他微生物较易利用底物，仍能正常生活，进行生长繁殖。而在这种情况下，活性污泥中其他微生物，由于氮、磷得不到满足，以致逐渐衰退。于是丝状菌大量增加，导致了丝状菌性污泥膨胀的发生。

在曝气池运行中，混合液的溶解氧含量亦是个重要的问题。因为不同的微生物对溶解氧的要求亦是不同的。从以往的实践经验来看。曝气池中若溶解氧浓度太低是不利的，容易发生污泥膨胀的现象，虽然丝状菌是好氧性细菌，但是它们和活性污泥中的其他好氧菌不同，在活性污泥的低溶解氧条件下大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖，但丝状茵仍能适应这种环境，并继续生长繁殖。从而使得丝状菌性污泥膨胀易于发生。而且即使将它们保持在相当长时间的厌氧状态下，也不会失去活力，如一旦恢复好氧状态，它们就会重新生长繁殖。

据有关经验介绍，当曝气池混合液溶解氧为0.5 mg/L以下时，活性污泥镜检中发观有大量的硫细菌(贝氏硫菌和丝硫菌)，但很少发现有带衣鞘的丝状菌(球衣细菌)。例如在上海春夏之交和盛夏季节，水温较高(高达30℃以上)，氧分压低，而且又值用电高峰，供电紧张，曝气池中往往呈现缺氧情况，溶解氧浓度偏低，活性污泥常发生丝状膨胀现象，镜检结果系由丝硫菌、贝氏硫菌过度生长引起。故当溶解氧偏低(一般在0.5 mg/L以下)及水温较高(一般在30℃～36℃)时，适宜于丝硫菌、贝氏硫菌生长繁殖，污泥膨胀是一种硫细菌性的丝状膨胀。而到了秋季，水温在20℃～28℃之间时，溶解氧浓度略有升高，发现活性污泥的丝状膨胀则是由于贝氏硫菌和球衣菌过度生长的结果。事实上，在溶解氧浓度较高情况下，如高达7 mg/L时，仍可发现污泥的丝状膨胀，其中丝状菌以球衣菌占优势。这说明溶解氧浓度的高低，对主要由球衣菌引起的丝状膨胀，都是可能发生的。

值得注意的是，该领域的技术和标准也在不断发展和完善。

根据实际经验，若曝气池液的pH值长时间保持在6.0以下时，活性污泥中丝状微生物就会占据优势，污泥的体积指数SⅥ值增高，从而导致污泥发生丝状菌性膨胀。因为当pH值在5.8～8.1范围内，适合于浮游球衣菌的生长繁殖。此外，白地霉亦可能在pH值为3～12范围内增殖。根据这种情况，可以说在酸性条件下特别有利于丝状菌的生长、繁殖，并成为污泥的丝状菌性膨胀的诱因。

在此基础上，行业专家们也进行了大量的研究和改进。

当负荷率过低时，也有可能发生丝状菌性污泥膨胀，这主要是由于丝状微生物在这种场合下，仍可能取得竞争优势的缘故 [1]。

发生污泥膨胀后，二沉池出水的SS将会大幅度增加，直至超过国家排放标准，同时导致出水的CODcr和BOD5也超标。如果不立即采取控制措施，污泥持续流失会使曝气池内的微生物数量锐减，不能满足分解有机污染物的正常需要，从而导致整个系统的性能下降，甚至崩溃。如果恢复，需要从培养、驯化活性污泥重新开始。

临时应急主要方法是投加药物增强污泥沉降性能或是直接杀死丝状菌。投加铁盐铝盐等混凝剂可以直接提高污泥的压密性保证沉淀出水。另外，投加一些化学药剂，如氯气，加在回流污泥中也可以达到消除污泥膨胀现象。投加过氧化氢和臭氧也可以起到破坏丝状菌的效果。

采用这种方法一般能较快降低SVI值，但这些方法并没有从根本上控制丝状菌的繁殖，一旦停止加药，污泥膨胀现象可以又会卷土重来。而且投药有可能破坏生化系统的微生物生长环境，导致处理效果降低，所以，这种办法只能做为临时应急时用。

污水厂发生污泥膨胀的时候，一般无法从工艺流程、池型和曝气方式的改变来解决，只能在正在运行的流程基础上通过改变生化池内的微生物生长环境来抑制或消除丝状菌的过度繁殖。在不同的工艺和水质的情况下，很难有一个放之四海而皆准的解决方案。但生化工艺常遇见的几种应该注意的问题必须加以注意。

另外，从产业发展角度看，市场需求也在推动技术进步。

防止其发生厌氧现象。若发生厌氧现象，产生的各种气体吸附在污泥上，也会使污泥上浮，沉降性能变差。而且发生厌氧的污泥回流也会引发丝状菌的大量繁殖。这种情况时除排泥和清除沉淀池内的死角，并缩短污泥在池内的停留时间外。还应提高曝气池DO值。使出入沉淀池的水保持较高的溶解氧。或者在污泥回流进入生化池前曝气再生 [2]。

丝状菌是生长处理微生物中不可缺少的一部份。污泥膨胀现象在于丝状菌的过度生长，消除污泥膨胀的根本在于使丝状菌与活性污泥菌胶团平衡生长；完全混合式较推流式更易产生污泥膨胀，低污泥负荷较高污泥负荷易产生污泥膨胀；进水水质在水温、pH、营养成份及是否有处理前的消化反应等方面是处理污泥膨胀应该首先考察的问题；高负荷下的污泥膨胀一般在于溶氧不足；低负荷下的污泥膨胀采用生物选择器是行之有效的办法。由于丝状菌的多样性，关于污泥膨胀的理论解释和实际报道仍有很多不尽一致，大胆实践不断总结并和同行广泛交流，才能更快找到行之有效地解决方法。

在处理水量为50L/h的小试装置中投加阳离子型聚丙烯酰胺，使其浓度分别达到10、20、30、40、50和60mg/L，污泥的SV值变化。聚丙烯酰胺的投加对于污泥的沉降性能的改善有一定的效果，且存在一个最佳投加量，但是，效果不是很理想。该中水回用系统采用新型淹没式复合膜生物反应器，曝气量大、水力搅拌强烈，聚集起来的絮体颗粒容易遭到破坏，从而导致混凝效果不理想；当投加量高于最佳投加量时，絮凝体除中和胶体的负电荷以外，过多的正电荷又使胶体离子带上正电荷而重新稳定。处理水量为50L/h的小试装置中投加硫酸亚铁溶液，使其质量浓度在10至180mg/L之间变化，污泥的SV值变化；投药前后菌胶团状态。

投加硫酸亚铁溶液后污泥沉降性能得到明显改善，SV值下降了约百分之十五。但是超过60mg/L后污泥沉降性能没有进一步的改善，所以确定实际运行时硫酸亚铁的投加量为60mg/L。在投加硫酸亚铁（60mg/L）前后，测量混合液PH值从7.63降至7.07，对污泥活性的负面影响很小。阳离子型聚丙烯酰胺的投加效果受水力条件等因素的限制不是十分理想，同时其单体有毒性、难降解，存在二次污染问题，经济效益较投加硫酸亚铁差。硫酸亚铁价格便宜、使用简单，对膜及污泥没有负面影响，其对污泥密度的影响是有效的，但其不能从根本上解决营养比例失调的问题，所以只能作为应急控制措施。

在此基础上，行业专家们也进行了大量的研究和改进。

由于原水中洗涤剂含量很高，加之曝气强度较大，经常出现白色、粘稠的泡沫，并且越积越多，当污泥发生膨胀时，危害较大。除投加消泡剂以外，采取水力消泡的方法。在反应池上方安装喷头，用MBR反应器的出水对反应池上部进行喷淋，以控制膨胀污泥和泡沫对反应器的危害，会取得较好效果。

另外，从产业发展角度看，市场需求也在推动技术进步。

对于间歇式进水的SBR工艺来说，反应器本身是完全混合式的，而且在时间上其污染物的基质就存在浓度梯度，所以无需再另设选择器。通常间歇式SBR工艺产生污泥膨胀的原因是，污泥浓度过高，而进水有机物浓度偏低或水量偏小而导致污泥负荷偏低。对于这种情况，降低排出比，提高基质初始浓度，并对SBR强制排泥，一般就能够对污泥膨胀现象进行有效的控制。而对于连续进水的SBR如ICEAS和CASS等工艺如果发生污泥膨胀的话，就有必要在进水端设置一个预反应区或生物反应器了。

低负荷活性污泥工艺曝气池内基质浓度较低，丝状菌容易获得较高的增长效率，所以是最容易产生污泥膨胀。除了在水质和曝气上想办法外，最根本和有效的是将曝气池分成多格且以推流方式运行，或增设一个分格设置的小型预曝气池作为生物选择器，在这个选择器内采用高污泥负荷，吸附部分有机物并消除有机酸。这个办法不但有助于抑制污泥膨胀，并能有效的改善生化处理效果。在曝气池内增加填料的方法也同样在低负荷完全混合工艺中适用。

对于A/O和A2/O工艺可通过在在好氧段前设置缺氧段和厌氧段以及污泥回流系统，使混合菌群交替处于缺氧和好氧状态，并使有机物浓度发生周期性变化，这既控制了污泥膨胀又改善了污泥的沉降性能。而交替工作式氧化沟和UNITANK工艺等连续进水的系统因为其本身在时间和空间上就有了实际上的“选择器”，所以对污泥膨胀有着效强的控制能力。如果这两种工艺发生污泥膨胀，则可通过调整曝气控制溶氧量和控制回流污泥量来调节池内的污泥负荷及DO，通过一段时间的改善，一般能够控制住污泥膨胀现象。

膨胀活性污泥的密度一般比水小，作为应急处理措施，可考虑投加混凝剂，以改善其沉降性能。初步选择了常用的高分子混凝剂——阳离子型聚丙烯酰胺和无机混凝剂——硫酸亚铁进行对比试验。