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關於汙泥膨脹機理的詳解！
來源：www91環保 發布時間：2020-10-15
汙泥膨脹指汙泥結構（gòu）極度鬆散，體（tǐ）積增大、上浮，難於沉降分離影響出水水質的（de）現象。基本上各種類型（xíng）的活（huó）性汙泥工（gōng）藝都（dōu）會發（fā）生汙泥（ní）膨（péng）脹，而且一旦（dàn）發生難以（yǐ）控製，通常都需要很（hěn）長（zhǎng）的時間來調整（zhěng）。汙（wū）泥膨脹的發生率是相當（dāng）高的，在歐（ōu）洲近百分之五十的城市汙水廠每年（nián）都會有不同程度的汙泥膨（péng）脹發生，在中國的發生率也非常高。針對汙泥膨脹，各方麵的理論（lùn）很多，但並（bìng）不完全一致，甚（shèn）至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大（dà）的麻煩。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結（jié）構鬆散，質量變輕，沉澱壓縮性能（néng）差；SV值增大，有時達到百（bǎi）分之九十，SVI達到300以上;大量汙泥流失，出水渾濁（zhuó）;二次沉澱（diàn）難以固液分離，回流（liú）汙泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持生化處理的（de）正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的異常現象之一，它直接影（yǐng）響出（chū）水水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不（bú）同程度的汙泥膨（péng）脹發（fā）生（shēng），在中國的發生率也非常高。基本上目前各種類型的活性汙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（kòng）製，通常都需要很長的時間來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多，但並不完全一（yī）致，甚至有很多（duō）相互矛盾（dùn），這給水處（chù）理工（gōng）作者造成很大的麻煩（fán）。
2、汙泥膨脹類（lèi）型
1、非（fēi）絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要（yào）發生在廢水水溫較低而汙泥負（fù）荷太高的時候（hòu），此時細（xì）菌吸附了大量（liàng）有機物，來不及代謝，在胞外積貯大量高（gāo）粘性的多糖物質，使得表（biǎo）麵附著物大量增加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象（xiàng）。因為若缺氮，微生物便於工作（zuò）不能充分利用碳源合成細胞物質，過量的（de）碳源將（jiāng）被轉化為多糖類胞外貯存物，這種（zhǒng）貯存（cún）物是高度親水（shuǐ）型（xíng）化合物，易形成（chéng）結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨脹。非絲狀菌汙（wū）泥（ní）膨脹發生時其生化處理效能仍較（jiào）高，出水也還比較清（qīng）澈，汙泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲（sī）狀（zhuàng）菌膨脹發生（shēng）情況較少，且危（wēi）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為（wéi）常見，成因也十分複雜（zá）。影響絲狀菌汙泥（ní）膨脹（zhàng）的（de）因素有很多（duō），*先（xiān）應該認識到的是活性汙泥（ní）是一個（gè）混合培養係統（tǒng），其中至少存在著30種可能引起汙泥膨脹的（de）絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共（gòng）生的關係中是不（bú）可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水（shuǐ）起著（zhe）很好的作用。它對保持汙泥的（de）絮體結構，保（bǎo）持生化處理的淨化效率，及在沉（chén）澱中起（qǐ）著（zhe）對懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生（shēng）汙泥膨脹，隻有當絲狀（zhuàng）菌生（shēng）長超過菌膠團細菌時，才會出現汙泥膨脹現象。
3、汙泥膨（péng）脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質（zhì）收到限製或（huò）控製時，由於比表麵積大的絲狀菌獲取基（jī）質的能力（lì）要強於菌（jun1）膠團，因而菌膠團受到抑製，絲（sī）狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論
以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大（dà）比生長速率和飽和常數（shù），分（fèn）析絲狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、饑餓假說（shuō）
將活（huó）性汙泥中（zhōng）微（wēi）生物分為三類，*類是菌膠團細（xì）菌，第二類是具（jù）有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲（sī）狀菌，第三類是對溶解氧有高（gāo）親和力、對饑餓高度敏感的快（kuài）速生長絲狀菌（jun1）；
4、存儲（chǔ）選擇理論
在底物風度的狀（zhuàng）態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能量或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也（yě）具（jù）有底物貯存能力，底（dǐ）物貯存能力不能完全用來解釋汙（wū）泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負荷生（shēng）物（wù）脫氮除磷（lín）工（gōng）藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好（hǎo）氧區存在亞硝酸氮，那中間產物NO、N2O就會（huì）抑製菌膠團的好氧細胞色素，進（jìn）而抑製其好（hǎo）氧情（qíng）況下的基質利（lì）用，相反一些絲狀菌隻能將硝酸氮還原（yuán）為亞硝（xiāo）酸氮，因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好（hǎo）氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定（dìng）的正相關性。沉澱性能（néng）良好的汙泥（ní）粒徑分（fèn）布較廣，且以球菌為主，膨脹（zhàng）汙泥的粒徑大（dà）都在10μm以內，汙泥較為細（xì）碎。
4、汙泥膨脹（zhàng）的影響因素
1、溫（wēn）度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發現10℃容易導（dǎo）致絲狀菌性汙泥膨脹，而汙水溫度提高到22℃則不容易產生汙泥膨脹現象（xiàng）；
2、pH
活性汙泥微生物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時（shí），菌膠團活性減弱，生長受到抑製（zhì），但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優勢種群，汙泥的沉降性能明顯變差並發生汙泥膨脹。pH值（zhí）低於4.5時（shí），真菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌汙（wū）泥（ní）膨脹的主要（yào）原因之一，若（ruò）DO成（chéng）為限製因子，菌膠團生長受抑製（zhì），而絲狀菌（jun1）因具有巨大的比表麵積，更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中處於優勢地位（wèi）。具有低Ks的絲狀菌在低基質濃度（dù）下，具有比（bǐ）菌膠團高的比生長速率，這可以解釋基質限製、溶解氧限製和營養物質限製引起的汙泥膨（péng）脹現象。隻要溶解氧成為限製（zhì），任何負荷下（xià）都（dōu）會（huì）發生汙泥膨（péng）脹。汙水處理（lǐ）中DO控製在2左右，太高（gāo）太低都容易引起汙泥膨脹（zhàng）。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌具有巨（jù）大（dà）的比表麵積，低Ks，其對碳源有（yǒu）較強的親和力（lì），優先利用碳源，造成競爭（zhēng）優勢。低F/M經常出（chū）現在（zài）完全（quán）混合式曝氣池、大回流比（bǐ）的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進（jìn）水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙（wū）泥粘性膨（péng）脹。負荷分布不均（jun1），好氧區一直處於低負荷運行狀態易（yì）造成絲狀菌大量增殖。Li等人對膜生物反應器（qì）內汙泥負荷參數的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨（péng）脹；Pan和Su等人將汙水通過（guò）好氧選擇器進入膜生物反應器，將F/M調（diào）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，加強反硝化除磷作用，有效解決了汙泥膨脹。
高有機負荷下（xià），反應器內底物充裕，在這種情（qíng）況中菌膠團比絲狀菌具有更（gèng）強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑製了絲狀菌的生長（zhǎng），但是如果DO濃度不（bú）夠，在0.5mg/L以下，菌膠團在低溶（róng）氧的條件下（xià）增殖（zhí）受到抑製，而絲（sī）狀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）能獲得氧，其增殖速率明顯高於菌膠團（tuán），發生高負荷低（dī）DO下的汙泥膨脹；低負荷下由於長時間缺少足夠的營養物（wù）質，菌（jun1）膠團生長受到抑製，而（ér）絲狀菌具有較大的比表（biǎo）麵積，其菌絲會從菌膠團（tuán）中伸展出來以增加其攝取營養的表麵（miàn）積。
由於研究者的研究背景和（hé）研究（jiū）條件（jiàn）不盡相同，研究結果也很不一（yī）致尤其是關於有機負荷（hé）與汙泥膨脹關係的說法也比較（jiào）混亂（luàn）。高低有機負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發（fā）現高低負荷下都可能發生汙泥膨脹，Palm等（děng）人認（rèn）為根（gēn）據負荷不同，在任（rèn）何DO濃度條件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認為即使對於推（tuī）流式曝（pù）氣池，雖然沿吃長方向存在著高的（de）濃度梯度，但（dàn）在高負荷下也會發生汙泥（ní）膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水，會引發（fā）絲狀菌與非絲狀菌膨（péng）脹，絲狀（zhuàng）菌膨脹：有研究發現在缺N的（de）情（qíng）況下，由（yóu）於絲狀菌具有巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有較強的親和力，優先（xiān）利用營養物質，造成競爭優勢；非（fēi）絲狀菌汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時（shí），菌膠團未能有充分的N完成代謝，於是把有（yǒu）機物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此（cǐ）要降低進水C/N比。
6、微量元素
完（wán）全混合活（huó）性汙泥法會助長絲狀（zhuàng）菌的過量生長，這可用痕量金屬缺乏症（zhèng）理論（lùn）分（fèn）析。由於絲狀（zhuàng）菌具有比菌膠團更（gèng）大的比表麵積，其（qí）在痕量金屬含量不（bú）足時比後者具有更大的（de）對痕量金屬的吸附能力，從而抑製了菌膠團（tuán）的生長。
7、有毒物質
當有毒工業廢水（shuǐ）進入汙水廠時，活性汙泥中的微生物要出現中毒現象，Novak在對非絲狀菌膨脹的研究中發（fā）現，菌膠團吸收（shōu）汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌減少，生理（lǐ）活動出現異常，可能引起汙泥膨脹。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結（jié）構鬆散，質量變輕，沉澱壓縮性能（néng）差；SV值增大，有時達到百（bǎi）分之九十，SVI達到300以上;大量汙泥流失，出水渾濁（zhuó）;二次沉澱（diàn）難以固液分離，回流（liú）汙泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持生化處理的（de）正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的異常現象之一，它直接影（yǐng）響出（chū）水水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不（bú）同程度的汙泥膨（péng）脹發（fā）生（shēng），在中國的發生率也非常高。基本上目前各種類型的活性汙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（kòng）製，通常都需要很長的時間來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多，但並不完全一（yī）致，甚至有很多（duō）相互矛盾（dùn），這給水處（chù）理工（gōng）作者造成很大的麻煩（fán）。
2、汙泥膨脹類（lèi）型
1、非（fēi）絲狀菌膨脹
非絲狀菌膨脹主要（yào）發生在廢水水溫較低而汙泥負（fù）荷太高的時候（hòu），此時細（xì）菌吸附了大量（liàng）有機物，來不及代謝，在胞外積貯大量高（gāo）粘性的多糖物質，使得表（biǎo）麵附著物大量增加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象（xiàng）。因為若缺氮，微生物便於工作（zuò）不能充分利用碳源合成細胞物質，過量的（de）碳源將（jiāng）被轉化為多糖類胞外貯存物，這種（zhǒng）貯存（cún）物是高度親水（shuǐ）型（xíng）化合物，易形成（chéng）結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨脹。非絲狀菌汙（wū）泥（ní）膨脹發生時其生化處理效能仍較（jiào）高，出水也還比較清（qīng）澈，汙泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲（sī）狀（zhuàng）菌膨脹發生（shēng）情況較少，且危（wēi）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為（wéi）常見，成因也十分複雜（zá）。影響絲狀菌汙泥（ní）膨脹（zhàng）的（de）因素有很多（duō），*先（xiān）應該認識到的是活性汙泥（ní）是一個（gè）混合培養係統（tǒng），其中至少存在著30種可能引起汙泥膨脹的（de）絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共（gòng）生的關係中是不（bú）可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水（shuǐ）起著（zhe）很好的作用。它對保持汙泥的（de）絮體結構，保（bǎo）持生化處理的淨化效率，及在沉（chén）澱中起（qǐ）著（zhe）對懸浮物的過濾作用等都有很重要的意義。事實也證明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生（shēng）汙泥膨脹，隻有當絲狀（zhuàng）菌生（shēng）長超過菌膠團細菌時，才會出現汙泥膨脹現象。
3、汙泥膨（péng）脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質（zhì）收到限製或（huò）控製時，由於比表麵積大的絲狀菌獲取基（jī）質的能力（lì）要強於菌（jun1）膠團，因而菌膠團受到抑製，絲（sī）狀菌大量繁殖；
2、動力選擇性理論
以微生物生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大（dà）比生長速率和飽和常數（shù），分（fèn）析絲狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、饑餓假說（shuō）
將活（huó）性汙泥中（zhōng）微（wēi）生物分為三類，*類是菌膠團細（xì）菌，第二類是具（jù）有高基質親和力但生長緩慢的耐饑餓絲（sī）狀菌，第三類是對溶解氧有高（gāo）親和力、對饑餓高度敏感的快（kuài）速生長絲狀菌（jun1）；
4、存儲（chǔ）選擇理論
在底物風度的狀（zhuàng）態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物質在底物匱乏時能夠被代謝產生能量或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也（yě）具（jù）有底物貯存能力，底（dǐ）物貯存能力不能完全用來解釋汙（wū）泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負荷生（shēng）物（wù）脫氮除磷（lín）工（gōng）藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好（hǎo）氧區存在亞硝酸氮，那中間產物NO、N2O就會（huì）抑製菌膠團的好氧細胞色素，進（jìn）而抑製其好（hǎo）氧情（qíng）況下的基質利（lì）用，相反一些絲狀菌隻能將硝酸氮還原（yuán）為亞硝（xiāo）酸氮，因此不會在反硝化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好（hǎo）氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定（dìng）的正相關性。沉澱性能（néng）良好的汙泥（ní）粒徑分（fèn）布較廣，且以球菌為主，膨脹（zhàng）汙泥的粒徑大（dà）都在10μm以內，汙泥較為細（xì）碎。
4、汙泥膨脹（zhàng）的影響因素
1、溫（wēn）度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發現10℃容易導（dǎo）致絲狀菌性汙泥膨脹，而汙水溫度提高到22℃則不容易產生汙泥膨脹現象（xiàng）；
2、pH
活性汙泥微生物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時（shí），菌膠團活性減弱，生長受到抑製（zhì），但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優勢種群，汙泥的沉降性能明顯變差並發生汙泥膨脹。pH值（zhí）低於4.5時（shí），真菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌汙（wū）泥（ní）膨脹的主要（yào）原因之一，若（ruò）DO成（chéng）為限製因子，菌膠團生長受抑製（zhì），而絲狀菌（jun1）因具有巨大的比表麵積，更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中處於優勢地位（wèi）。具有低Ks的絲狀菌在低基質濃度（dù）下，具有比（bǐ）菌膠團高的比生長速率，這可以解釋基質限製、溶解氧限製和營養物質限製引起的汙泥膨（péng）脹現象。隻要溶解氧成為限製（zhì），任何負荷下（xià）都（dōu）會（huì）發生汙泥膨（péng）脹。汙水處理（lǐ）中DO控製在2左右，太高（gāo）太低都容易引起汙泥膨脹（zhàng）。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌具有巨（jù）大（dà）的比表麵積，低Ks，其對碳源有（yǒu）較強的親和力（lì），優先利用碳源，造成競爭（zhēng）優勢。低F/M經常出（chū）現在（zài）完全（quán）混合式曝氣池、大回流比（bǐ）的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進（jìn）水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙（wū）泥粘性膨（péng）脹。負荷分布不均（jun1），好氧區一直處於低負荷運行狀態易（yì）造成絲狀菌大量增殖。Li等人對膜生物反應器（qì）內汙泥負荷參數的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨（péng）脹；Pan和Su等人將汙水通過（guò）好氧選擇器進入膜生物反應器，將F/M調（diào）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，加強反硝化除磷作用，有效解決了汙泥膨脹。
高有機負荷下（xià），反應器內底物充裕，在這種情（qíng）況中菌膠團比絲狀菌具有更（gèng）強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑製了絲狀菌的生長（zhǎng），但是如果DO濃度不（bú）夠，在0.5mg/L以下，菌膠團在低溶（róng）氧的條件下（xià）增殖（zhí）受到抑製，而絲（sī）狀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）能獲得氧，其增殖速率明顯高於菌膠團（tuán），發生高負荷低（dī）DO下的汙泥膨脹；低負荷下由於長時間缺少足夠的營養物（wù）質，菌（jun1）膠團生長受到抑製，而（ér）絲狀菌具有較大的比表（biǎo）麵積，其菌絲會從菌膠團（tuán）中伸展出來以增加其攝取營養的表麵（miàn）積。
由於研究者的研究背景和（hé）研究（jiū）條件（jiàn）不盡相同，研究結果也很不一（yī）致尤其是關於有機負荷（hé）與汙泥膨脹關係的說法也比較（jiào）混亂（luàn）。高低有機負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發（fā）現高低負荷下都可能發生汙泥膨脹，Palm等（děng）人認（rèn）為根（gēn）據負荷不同，在任（rèn）何DO濃度條件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認為即使對於推（tuī）流式曝（pù）氣池，雖然沿吃長方向存在著高的（de）濃度梯度，但（dàn）在高負荷下也會發生汙泥（ní）膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙水中BOD：N：P=100：5：1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水，會引發（fā）絲狀菌與非絲狀菌膨（péng）脹，絲狀（zhuàng）菌膨脹：有研究發現在缺N的（de）情（qíng）況下，由（yóu）於絲狀菌具有巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有較強的親和力，優先（xiān）利用營養物質，造成競爭優勢；非（fēi）絲狀菌汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時（shí），菌膠團未能有充分的N完成代謝，於是把有（yǒu）機物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此（cǐ）要降低進水C/N比。
6、微量元素
完（wán）全混合活（huó）性汙泥法會助長絲狀（zhuàng）菌的過量生長，這可用痕量金屬缺乏症（zhèng）理論（lùn）分（fèn）析。由於絲狀（zhuàng）菌具有比菌膠團更（gèng）大的比表麵積，其（qí）在痕量金屬含量不（bú）足時比後者具有更大的（de）對痕量金屬的吸附能力，從而抑製了菌膠團（tuán）的生長。
7、有毒物質
當有毒工業廢水（shuǐ）進入汙水廠時，活性汙泥中的微生物要出現中毒現象，Novak在對非絲狀菌膨脹的研究中發（fā）現，菌膠團吸收（shōu）汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌減少，生理（lǐ）活動出現異常，可能引起汙泥膨脹。
