污泥膨脹效應(yīng)

在活性污泥法運(yùn)轉(zhuǎn)中，活性污泥膨脹是個(gè)嚴(yán)重問題。它的成因是相當(dāng)復(fù)雜的。各國不少學(xué)者對(duì)此都作了很多的研究，但是迄今還沒有得到一個(gè)圓滿的解釋。從已有的研究成果來看，活性污泥膨脹的成因可歸納如下：

污泥膨脹廢水水質(zhì)

在廢水生物處理中，廢水本身就是微生物的培養(yǎng)基。因此，廢水水質(zhì)和微生物的生理活動(dòng)關(guān)系十分密切。從上面提到的兩種污泥膨脹來看，無不與微生物的生理活動(dòng)有關(guān)。即污泥膨脹或是和微生物增殖有關(guān)(如絲狀菌性膨脹)；或者是由于代謝產(chǎn)物積蓄之故(如非絲狀菌性膨脹)。由此可見，廢水水質(zhì)是污泥膨脹成因中極為重要的因素。

關(guān)于廢水水質(zhì)問題，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

(1) 有機(jī)物

廢水中所含的有機(jī)物，種類較多，其中究竟哪些有機(jī)物和污泥膨脹關(guān)系較大呢"para" label-module="para">

① 廢水中碳源含量多且以糖類為主時(shí)，易發(fā)生污泥膨脹。據(jù)經(jīng)驗(yàn)介紹，如葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖類物質(zhì)含量較高的廢水是經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象的。而同樣是碳水化合物，如不溶性高分子的淀粉，就沒有那樣的情況。一般認(rèn)為，在導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹的微生物中，最有代表性的是球衣菌屬，它能將糖類物質(zhì)直接作為能源予以利用，并易于繁殖。絲狀菌性膨脹的另一種致因微生物，如硫細(xì)菌屬，亦是這樣。此外。絲狀菌性膨脹的其他致因微生物，如蠟狀芽孢桿菌蕈狀變種和白地霉，亦都能直接利用單糖類物質(zhì)進(jìn)行繁殖。其次，在糖類碳水化合物含量多時(shí)，活性污泥微生物亦能夠較易地將其代謝分泌出高黏性多糖類物質(zhì)。而這些物質(zhì)過多，覆蓋在菌膠團(tuán)微生物表面，將導(dǎo)致非絲狀菌性污泥膨脹

由上可見，廢水中含糖類碳源較多時(shí)，對(duì)絲狀菌的繁殖及高黏性多糖類物質(zhì)的生成都是極大的促進(jìn)，并易于導(dǎo)致污泥膨脹，可以說是形成污泥膨脹的一個(gè)十分重要的因素。

② 廢水中可溶性有機(jī)物含量多時(shí)，亦易于發(fā)生污泥膨脹。一般，這里所指的可溶性有機(jī)物，主要是低分子可溶性有機(jī)物，也包括上述的單糖、二糖類物質(zhì)。實(shí)際上，在乳品生產(chǎn)廢水、發(fā)酵廢水、制糖廢水(含大量可溶性有機(jī)物)的處理過程中，易于發(fā)生污泥膨脹。一般來說，活性污泥中的絲狀菌與其他游離細(xì)菌相比較，對(duì)高分子物質(zhì)的水解能力弱，也難于吸收不溶性物質(zhì)。為此，當(dāng)廢水中含可溶性有機(jī)物多時(shí)，絲狀菌就易于利用與自身繁殖。這樣也就易于發(fā)生絲狀菌性污泥膨脹。而對(duì)高黏性的非絲狀菌性膨脹來說，由于廢水中含有較多的可溶性糖類物質(zhì)，活性污泥微生物亦就易于利用它們產(chǎn)生更多的高黏性多糖類物質(zhì)，也就導(dǎo)致這一類型污泥膨脹的發(fā)生。

(2) 氮和磷營養(yǎng)物質(zhì)

活性污泥微生物，為了進(jìn)行正常的生長、繁殖，除了需要碳源外，還需氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。氮、磷和碳之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?，一般?jīng)驗(yàn)提出的比例通常為：BOD₅:N:P=100:5:1。當(dāng)廢水中氮、磷含量不足時(shí)，亦易發(fā)生污泥膨脹。如在活性污泥中，絲狀菌的表面積相對(duì)其他微生物來說要大些，易于攝取底物。故當(dāng)?shù)⒘缀肯鄬?duì)BOD₅的比例不足時(shí)，由于具有上述特點(diǎn)，絲狀菌比其他微生物較易利用底物，仍能正常生活，進(jìn)行生長繁殖。而在這種情況下，活性污泥中其他微生物，由于氮、磷得不到滿足，以致逐漸衰退。于是絲狀菌大量增加，導(dǎo)致了絲狀菌性污泥膨脹的發(fā)生。

另外，當(dāng)廢水中氮、磷源不足時(shí)，相對(duì)而言就是碳源較多。在這種情況下，如果糖類物質(zhì)較多，代謝產(chǎn)物多糖類高黏性物質(zhì)增加，使得活性污泥易于發(fā)生非絲狀菌性膨脹。

污泥膨脹溶解氧

在曝氣池運(yùn)行中，混合液的溶解氧含量亦是個(gè)重要的問題。因?yàn)椴煌奈⑸飳?duì)溶解氧的要求亦是不同的。從以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看。曝氣池中若溶解氧濃度太低是不利的，容易發(fā)生污泥膨脹的現(xiàn)象，雖然絲狀菌是好氧性細(xì)菌，但是它們和活性污泥中的其他好氧菌不同，在活性污泥的低溶解氧條件下大部分好氧菌幾乎不能繼續(xù)生長繁殖。但絲狀茵仍能適應(yīng)這種環(huán)境。并繼續(xù)生長繁殖。從而使得絲狀菌性污泥膨脹易于發(fā)生。而且即使將它們保持在相當(dāng)長時(shí)間的厭氧狀態(tài)下，也不會(huì)失去活力，如一旦恢復(fù)好氧狀態(tài)，它們就會(huì)重新生長繁殖。

據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)介紹，當(dāng)曝氣池混合液溶解氧為0.5 mg/L以下時(shí)，活性污泥鏡檢中發(fā)觀有大量的硫細(xì)菌(貝氏硫菌和絲硫菌)，但很少發(fā)現(xiàn)有帶衣鞘的絲狀菌(球衣細(xì)菌)。例如在上海春夏之交和盛夏季節(jié)，水溫較高(高達(dá)30℃以上)，氧分壓低，而且又值用電高峰，供電緊張，曝氣池中往往呈現(xiàn)缺氧情況，溶解氧濃度偏低，活性污泥常發(fā)生絲狀膨脹現(xiàn)象，鏡檢結(jié)果系由絲硫菌、貝氏硫菌過度生長引起。故當(dāng)溶解氧偏低(一般在0.5 mg/L以下)及水溫較高(一般在30℃～36℃)時(shí)，適宜于絲硫菌、貝氏硫菌生長繁殖，污泥膨脹是一種硫細(xì)菌性的絲狀膨脹。而到了秋季，水溫在20℃～28℃之間時(shí)，溶解氧濃度略有升高，發(fā)現(xiàn)活性污泥的絲狀膨脹則是由于貝氏硫菌和球衣菌過度生長的結(jié)果。事實(shí)上，在溶解氧濃度較高情況下，如高達(dá)7 mg/L時(shí)，仍可發(fā)現(xiàn)污泥的絲狀膨脹，其中絲狀菌以球衣菌占優(yōu)勢。這說明溶解氧濃度的高低，對(duì)主要由球衣菌引起的絲狀膨脹，都是可能發(fā)生的。

由上可見，溶解氧濃度對(duì)活性污泥的膨脹來說，和廢水水質(zhì)相比較，只能是第二位因素。但是溶解氧過低亦是不合適的，據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)將溶解氧控制在不低于2 mg/L的水平，如2～4 mg/L，過高亦是沒有必要的。

污泥膨脹溫度

微生物都有各自的適宜生長溫度。如球衣菌的適宜生長溫度在30℃左右，在15℃以下生長不良。絲硫菌、貝氏硫菌的適宜生長溫度亦在30℃～36℃之間。故在夏季高溫季節(jié)，遇上溶解氧偏低時(shí)，活性污泥易發(fā)生如上所述的硫細(xì)菌性絲狀膨脹。而在冬季低溫季節(jié)，則活性污泥不易發(fā)生膨脹。

污泥膨脹pH值

在活性污泥法運(yùn)行中，為了使活性污泥正常發(fā)育、生長，曝氣池液的pH值應(yīng)保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，一般為6.5～8.0。當(dāng)pH值在這個(gè)合適范圍內(nèi)，并遇上其他條件亦合適時(shí)，人們就可獲得沉降、濃縮性能良好的活性污泥。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，若曝氣池液的pH值長時(shí)間保持在6.0以下時(shí)，活性污泥中絲狀微生物就會(huì)占據(jù)優(yōu)勢，污泥的體積指數(shù)SⅥ值增高，從而導(dǎo)致污泥發(fā)生絲狀菌性膨脹。因?yàn)楫?dāng)pH值在5.8～8.1范圍內(nèi)，適合于浮游球衣菌的生長繁殖。此外，白地霉亦可能在pH值為3～12范圍內(nèi)增殖。根據(jù)這種情況，可以說在酸性條件下特別有利于絲狀菌的生長、繁殖，并成為污泥的絲狀菌性膨脹的誘因。

污泥膨脹負(fù)荷率

活性污泥微生物通過馴化、培養(yǎng)，都可找到一個(gè)最佳的運(yùn)行條件和生長環(huán)境。因此，為了保持活性污泥法系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就應(yīng)有一個(gè)合適的負(fù)荷率(指生物負(fù)荷率或污泥負(fù)荷率)，或稱最佳負(fù)荷率。在運(yùn)行中負(fù)荷率過高、過低均是不適宜的，并都有可能發(fā)生污泥膨脹。這是由于微生物的生長環(huán)境發(fā)生了變化，活性污泥原有的生態(tài)將失去平衡，生物構(gòu)成亦將發(fā)生變化的緣故。一般來說，當(dāng)負(fù)荷率過高時(shí)，正?；钚晕勰喟l(fā)展到嚴(yán)重膨脹污泥，所需時(shí)間相對(duì)而言要短些。而負(fù)荷率愈高，則時(shí)間愈短。

相對(duì)而言，負(fù)荷率過高時(shí)，可被微生物攝取的有機(jī)物亦多。如這種有機(jī)物含糖類物質(zhì)及可溶性低分子成分較多時(shí)，則如前所述，易發(fā)生絲狀菌性污泥膨脹。當(dāng)然，這種情況如前所述碰到低溫時(shí)，活性污泥中亦可能由于高黏性物質(zhì)的積累，發(fā)生非絲狀菌性污泥膨脹。

當(dāng)負(fù)荷率過低時(shí)，也有可能發(fā)生絲狀菌性污泥膨脹，這主要是由于絲狀微生物在這種場合下，仍可能取得競爭優(yōu)勢的緣故 。

活性污泥膨脹可分為：由于污泥中絲狀菌過度繁殖引起的絲狀菌性污泥膨脹以及無大量絲狀菌存在的非絲狀菌性污泥膨脹。通常多數(shù)情況下是絲狀菌性污泥膨脹。

絲狀菌性污泥膨脹

正常的活性污泥結(jié)構(gòu)較稠密，菌膠團(tuán)生長良好，顯微鏡下觀察到菌膠團(tuán)外緣整齊清晰，并可發(fā)現(xiàn)有纖毛類原生動(dòng)物。污泥呈礬花狀，絮凝、沉降和濃縮性能良好。污泥體積指數(shù)(SVI)在100左右，污泥沉降體積(SV)在30%左右，含水率約90%。從污泥的結(jié)構(gòu)來看，活性污泥絮狀體是由菌膠團(tuán)和絲狀菌組合而成的。絲狀菌猶似絮狀體的骨架，菌膠團(tuán)粘結(jié)在骨架上，相互交織在一起如同骨和肉的關(guān)系。對(duì)正常的活性污泥來說，它們兩者之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系。如果絲狀菌生長繁殖過多，菌膠團(tuán)的生長繁殖將受到抑制，好多絲狀菌伸出污泥表面之外，使得絮狀體松散，沉淀性能惡化，污泥體積膨脹，污泥沉降體積(%)及污泥體積指數(shù)(SVI)均很高，這就是絲狀菌性污泥膨脹。膨脹嚴(yán)重時(shí)，顯微鏡下觀察的整個(gè)視野幾乎都是絲狀菌。這種絲狀菌性膨脹的污泥體積指數(shù)(SVI)，一般可達(dá)200～2000，視膨脹程度而異。絲狀菌性膨脹污泥的外觀不同于正常污泥，上清液少但亦非常清澈。

這種由于絲狀菌過度繁殖而引起的活性污泥膨脹，占發(fā)生污泥膨脹的大多數(shù)，故一般人們常把這種絲狀菌性污泥膨脹，習(xí)慣上通常為污泥膨脹。

非絲狀菌性污泥膨脹

活性污泥膨脹，除了上述的一種類型外，還有并非絲狀菌過度繁殖而引起的一種類型，稱之為非絲狀菌性污泥膨脹。這種膨脹是由于在活性污泥菌體外積蓄高黏性多糖類物質(zhì)而形成的。可見，它和上述一種類型污泥膨脹的區(qū)別，就在于：前者是直接由于微生物增殖造成，而后者是南于代謝產(chǎn)物(高黏性多糖類)積蓄造成。由于這種高黏性代謝產(chǎn)物(多糖類)分子中具有許多氫氧基，與水的結(jié)合力很強(qiáng)，呈親水性，是一種非常穩(wěn)定的親水膠體。而且這種高黏性物質(zhì)在活性污泥中覆蓋著微生物，一般呈凝膠狀態(tài)的形式。凝膠的特征是需吸收大量的水予以膨潤。因此發(fā)生高黏性膨脹污泥時(shí)，其外觀體積顯著增大。它所含的結(jié)合水，比正常的活性污泥要多出好幾倍。故有時(shí)人們亦稱這種污泥膨脹為水漲性污泥膨脹或菌膠團(tuán)污泥膨脹。亦就是說，在這種膨脹污泥絮狀體中，含結(jié)合水很高的菌膠團(tuán)和絲狀菌之間的比例和前述絲狀菌性膨脹污泥正好相反，即菌膠團(tuán)占了多數(shù)，絲狀菌很少或甚至看不到，即使看到也是為數(shù)極少的短絲狀菌。因而，亦使得絮狀體松散。

不同于絲狀菌性膨脹污泥，非絲狀菌性膨脹污泥的沉淀、濃縮性能變差是由于菌膠團(tuán)含有大量水分，體積膨脹，而使污泥容重減輕，壓縮性能惡化之故。這種膨脹污泥的污泥體積指數(shù)(SVI)，亦可高達(dá)400。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，發(fā)生這種類型的污泥膨脹，相對(duì)絲狀菌性污泥膨脹來說，還是極少數(shù)的。故一般人們提到污泥膨脹，往往指的是前面一種(絲狀菌性污泥膨脹)，而對(duì)后面一種(非絲狀菌性污泥膨脹)則有所忽視。