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關於汙泥膨脹機（jī）理的詳解！
來源（yuán）：科（kē）柏盛環保 發布（bù）時間：2020-10-15
汙泥膨脹指汙泥結構極度鬆散，體積（jī）增大、上浮，難於（yú）沉降分離影（yǐng）響出（chū）水水質的現象（xiàng）。基本上各種類型的活性汙泥（ní）工（gōng）藝都會發生汙泥膨脹，而且一旦發生難以控製，通常都需要很長的時間來調整。汙泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲（zhōu）近（jìn）百分之五十的城市汙水廠每年都會有不同（tóng）程度的汙泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。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，這給（gěi）水（shuǐ）處理工作者造成很大的麻（má）煩。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結構鬆散，質（zhì）量變輕，沉澱壓（yā）縮性能差；SV值增大，有時達到百分之九（jiǔ）十，SVI達到300以（yǐ）上;大量汙泥流失，出水渾濁;二次沉澱難以固（gù）液分離，回流（liú）汙（wū）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（lǐ）的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，並（bìng）危（wēi）害整個（gè）生化係統的運作。
汙泥（ní）膨脹的發生率是（shì）相當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不同程度的汙泥膨脹（zhàng）發生，在中國（guó）的（de）發生（shēng）率也非常高。基本上目前各種類型（xíng）的活性汙泥工（gōng）藝都會發生汙泥膨脹（zhàng）。汙（wū）泥膨脹（zhàng）不但發（fā）生（shēng）率高，發生普遍，而且一（yī）旦發（fā）生難以控製，通常都需（xū）要很長的時間（jiān）來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的（de）理論很多，但並不完全一致，甚至有很（hěn）多相互矛盾（dùn），這給水處理工作者造（zào）成很大的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨（péng）脹
非絲狀（zhuàng）菌膨脹主要發生在廢（fèi）水水溫較低而汙泥負荷（hé）太（tài）高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代（dài）謝，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（chén）澱壓縮。而當（dāng）氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不能充分利（lì）用碳源合成細胞物質，過量的碳源將被轉化為（wéi）多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高（gāo）度親水型化（huà）合物，易形成結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨（péng）脹。非絲（sī）狀菌汙泥膨脹發生時其生化處理效能仍（réng）較（jiào）高，出水（shuǐ）也還比較清澈，汙泥鏡檢也看（kàn）不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發生情況較少，且危（wēi）害並不十分嚴重。
2、非絲狀菌膨（péng）脹
絲狀菌膨脹（zhàng）在日常實際工作中較為（wéi）常見，成因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因（yīn）素有很多，*先應該認識到的是活性汙泥是（shì）一個混合培養係統（tǒng），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（gòng）生的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在（zài）對淨（jìng）化汙水起著很好的作用。它（tā）對保持汙泥的絮體結構，保持生化處理的淨化效率，及在沉澱中起著對（duì）懸浮（fú）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汙泥膨脹（zhàng），隻有當絲狀菌（jun1）生長超過菌膠團（tuán）細菌時，才會出現汙（wū）泥膨脹現象。
3、汙泥（ní）膨脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時，由於比表（biǎo）麵積大（dà）的絲狀菌獲取基（jī）質的能力要強於菌膠團，因而菌膠團受到抑製，絲狀菌大量繁（fán）殖；
2、動（dòng）力選擇（zé）性理（lǐ）論
以微生物（wù）生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大比生長速率和飽和常數，分析絲（sī）狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性汙泥（ní）中微生物（wù）分（fèn）為三類，*類是菌膠團細菌，第二類是具（jù）有高基質親和（hé）力但生（shēng）長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長（zhǎng）絲狀菌（jun1）；
4、存儲選擇（zé）理（lǐ）論
在底物風度的狀（zhuàng）態下，非絲狀菌（jun1）具有貯存底物的能力（lì），而被貯存物質在（zài）底物匱乏時能夠被代謝產生能量（liàng）或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也具有底物貯存（cún）能力，底物貯存能力不能完（wán）全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說（shuō）
CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好氧區存（cún）在亞硝酸（suān）氮，那中間產物NO、N2O就會抑製菌膠團的（de）好氧細胞色素，進而抑製其好氧情況下的基質利用，相反一些（xiē）絲狀菌隻能將硝酸氮還（hái）原（yuán）為亞硝酸氮，因此不會在反硝化（huà）條件（jiàn）下胞內（nèi）積累NO和（hé）N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢（shì）。亞硝酸與（yǔ）SVI有一定的正相關性。沉澱性能良好的（de）汙泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹汙泥的（de）粒徑大都在10μm以內，汙泥（ní）較為細碎。
4、汙泥（ní）膨脹的影響因素
1、溫度
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（gāo）到22℃則不容易產生汙泥膨脹現象；
2、pH
活性汙泥微生物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時，菌（jun1）膠團（tuán）活性減弱（ruò），生長受到抑製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠（jiāo）團成為優勢種（zhǒng）群，汙泥的沉降性能明顯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（dī）DO是引起絲（sī）狀菌汙泥膨脹的（de）主要原因之一，若DO成為限製因子（zǐ），菌膠團生長受抑製，而絲狀（zhuàng）菌因具（jù）有巨大的（de）比表（biǎo）麵積，更易獲得溶解氧進行生長繁（fán）殖，在競爭中處於優勢地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質濃度下，具有比菌膠團高的比（bǐ）生長速率，這可以解釋基質限製、溶解氧限（xiàn）製和營（yíng）養物質限製引起的汙泥膨脹現象。隻要溶解氧成為限製，任何負荷下都會發生汙泥（ní）膨脹（zhàng）。汙水（shuǐ）處（chù）理（lǐ）中DO控製在2左右，太高太低都容易引（yǐn）起汙泥膨（péng）脹。
4、F/M
低負（fù）荷情況下，由於絲狀菌具（jù）有巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對碳源有較強的親和力（lì），優先利用碳源，造成競爭優勢。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（gōu）)、沿程分散（sàn）進水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙泥（ní）粘性膨脹。負（fù）荷分布不均，好氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲（sī）狀（zhuàng）菌大量增殖。Li等人（rén）對膜生物（wù）反應器內汙泥負荷（hé）參數（shù）的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將汙水（shuǐ）通過好（hǎo）氧選擇器（qì）進入膜生物反應（yīng）器，將（jiāng）F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了（le）汙泥膨脹；而Laitinen和Luonis等（děng）人（rén）則是利用缺氧選擇器，加強反硝化除（chú）磷作用，有效解（jiě）決了汙（wū）泥膨脹。
高有機負荷下，反應器內底（dǐ）物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營（yíng）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，抑製了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，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（dī）溶氧的條（tiáo）件下也能獲得氧（yǎng），其增殖速（sù）率明顯高（gāo）於菌膠團，發生高負荷低DO下（xià）的汙泥膨脹；低負荷下由於長時間缺少足夠的營養物質，菌膠團生長受到（dào）抑製，而絲狀菌具有較（jiào）大的比表麵積，其（qí）菌絲會從菌膠（jiāo）團中伸（shēn）展（zhǎn）出來以增加其攝（shè）取營養的表麵積。
由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（ní）膨脹關係的說法也比較混亂。高低有機（jī）負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負荷下都可（kě）能（néng）發生（shēng）汙（wū）泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認為即使對於（yú）推流式曝氣池，雖（suī）然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙水（shuǐ）中（zhōng）BOD：N：P=100：5：1為微生（shēng）物的適宜（yí）比例。N、P含量不均衡的（de）廢水，會引發絲狀菌（jun1）與（yǔ）非絲狀菌膨脹，絲狀（zhuàng）菌膨脹：有研究發（fā）現在缺N的情況下，由（yóu）於絲狀菌具有巨大（dà）的（de）比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營（yíng）養物質有較強的（de）親和力，優先利用（yòng）營養物質，造（zào）成競爭（zhēng）優勢；非絲狀（zhuàng）菌（jun1）汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時，菌（jun1）膠團未能有充分的N完成代謝，於是把有機物以高（gāo）親水性（xìng）的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進水C/N比。
6、微量元素
完全混合活性汙泥法（fǎ）會助長絲狀菌的過量生（shēng）長，這可用（yòng）痕量金屬缺乏（fá）症理論分析。由於絲狀菌具有比菌（jun1）膠團更大（dà）的比表麵積（jī），其在痕量（liàng）金屬含量不足時比後者具有更大的對痕量金屬的吸附能力，從（cóng）而抑製（zhì）了菌膠團（tuán）的生長。
7、有（yǒu）毒物質
當有毒工業廢水進入汙水（shuǐ）廠時，活性汙（wū）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現，菌膠團吸（xī）收汙水中（zhōng）的有毒物質後，粘（zhān）性物質分泌減少（shǎo），生理活動出現異（yì）常，可能引起汙泥膨脹。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結構鬆散，質（zhì）量變輕，沉澱壓（yā）縮性能差；SV值增大，有時達到百分之九（jiǔ）十，SVI達到300以（yǐ）上;大量汙泥流失，出水渾濁;二次沉澱難以固（gù）液分離，回流（liú）汙（wū）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（lǐ）的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，並（bìng）危（wēi）害整個（gè）生化係統的運作。
汙泥（ní）膨脹的發生率是（shì）相當高的，在歐洲近50%的城市汙水廠每年都會有不同程度的汙泥膨脹（zhàng）發生，在中國（guó）的（de）發生（shēng）率也非常高。基本上目前各種類型（xíng）的活性汙泥工（gōng）藝都會發生汙泥膨脹（zhàng）。汙（wū）泥膨脹（zhàng）不但發（fā）生（shēng）率高，發生普遍，而且一（yī）旦發（fā）生難以控製，通常都需（xū）要很長的時間（jiān）來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的（de）理論很多，但並不完全一致，甚至有很（hěn）多相互矛盾（dùn），這給水處理工作者造（zào）成很大的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨（péng）脹
非絲狀（zhuàng）菌膨脹主要發生在廢（fèi）水水溫較低而汙泥負荷（hé）太（tài）高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來不及代（dài）謝，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（chén）澱壓縮。而當（dāng）氮嚴重缺乏時，也有可產生膨脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不能充分利（lì）用碳源合成細胞物質，過量的碳源將被轉化為（wéi）多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高（gāo）度親水型化（huà）合物，易形成結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨（péng）脹。非絲（sī）狀菌汙泥膨脹發生時其生化處理效能仍（réng）較（jiào）高，出水（shuǐ）也還比較清澈，汙泥鏡檢也看（kàn）不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發生情況較少，且危（wēi）害並不十分嚴重。
2、非絲狀菌膨（péng）脹
絲狀菌膨脹（zhàng）在日常實際工作中較為（wéi）常見，成因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因（yīn）素有很多，*先應該認識到的是活性汙泥是（shì）一個混合培養係統（tǒng），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（gòng）生的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在（zài）對淨（jìng）化汙水起著很好的作用。它（tā）對保持汙泥的絮體結構，保持生化處理的淨化效率，及在沉澱中起著對（duì）懸浮（fú）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汙泥膨脹（zhàng），隻有當絲狀菌（jun1）生長超過菌膠團（tuán）細菌時，才會出現汙（wū）泥膨脹現象。
3、汙泥（ní）膨脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時，由於比表（biǎo）麵積大（dà）的絲狀菌獲取基（jī）質的能力要強於菌膠團，因而菌膠團受到抑製，絲狀菌大量繁（fán）殖；
2、動（dòng）力選擇（zé）性理（lǐ）論
以微生物（wù）生長動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大比生長速率和飽和常數，分析絲（sī）狀菌與菌膠團的競爭情況；
3、饑餓假說
將活性汙泥（ní）中微生物（wù）分（fèn）為三類，*類是菌膠團細菌，第二類是具（jù）有高基質親和（hé）力但生（shēng）長緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長（zhǎng）絲狀菌（jun1）；
4、存儲選擇（zé）理（lǐ）論
在底物風度的狀（zhuàng）態下，非絲狀菌（jun1）具有貯存底物的能力（lì），而被貯存物質在（zài）底物匱乏時能夠被代謝產生能量（liàng）或合成蛋白質。但是一些絲狀菌也具有底物貯存（cún）能力，底物貯存能力不能完（wán）全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說（shuō）
CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果缺氧區的反硝化不充分，導致好氧區存（cún）在亞硝酸（suān）氮，那中間產物NO、N2O就會抑製菌膠團的（de）好氧細胞色素，進而抑製其好氧情況下的基質利用，相反一些（xiē）絲狀菌隻能將硝酸氮還（hái）原（yuán）為亞硝酸氮，因此不會在反硝化（huà）條件（jiàn）下胞內（nèi）積累NO和（hé）N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢（shì）。亞硝酸與（yǔ）SVI有一定的正相關性。沉澱性能良好的（de）汙泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹汙泥的（de）粒徑大都在10μm以內，汙泥（ní）較為細碎。
4、汙泥（ní）膨脹的影響因素
1、溫度
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（gāo）到22℃則不容易產生汙泥膨脹現象；
2、pH
活性汙泥微生物適宜pH範圍為6.5~8.5，pH小於6時，菌（jun1）膠團（tuán）活性減弱（ruò），生長受到抑製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠（jiāo）團成為優勢種（zhǒng）群，汙泥的沉降性能明顯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（dī）DO是引起絲（sī）狀菌汙泥膨脹的（de）主要原因之一，若DO成為限製因子（zǐ），菌膠團生長受抑製，而絲狀（zhuàng）菌因具（jù）有巨大的（de）比表（biǎo）麵積，更易獲得溶解氧進行生長繁（fán）殖，在競爭中處於優勢地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質濃度下，具有比菌膠團高的比（bǐ）生長速率，這可以解釋基質限製、溶解氧限（xiàn）製和營（yíng）養物質限製引起的汙泥膨脹現象。隻要溶解氧成為限製，任何負荷下都會發生汙泥（ní）膨脹（zhàng）。汙水（shuǐ）處（chù）理（lǐ）中DO控製在2左右，太高太低都容易引（yǐn）起汙泥膨（péng）脹。
4、F/M
低負（fù）荷情況下，由於絲狀菌具（jù）有巨大的比（bǐ）表麵積，低Ks，其對碳源有較強的親和力（lì），優先利用碳源，造成競爭優勢。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（gōu）)、沿程分散（sàn）進水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙泥（ní）粘性膨脹。負（fù）荷分布不均，好氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲（sī）狀（zhuàng）菌大量增殖。Li等人（rén）對膜生物（wù）反應器內汙泥負荷（hé）參數（shù）的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將汙水（shuǐ）通過好（hǎo）氧選擇器（qì）進入膜生物反應（yīng）器，將（jiāng）F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了（le）汙泥膨脹；而Laitinen和Luonis等（děng）人（rén）則是利用缺氧選擇器，加強反硝化除（chú）磷作用，有效解（jiě）決了汙（wū）泥膨脹。
高有機負荷下，反應器內底（dǐ）物充裕，在這種情況中菌膠團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營（yíng）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，抑製了絲狀菌的生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以下，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（dī）溶氧的條（tiáo）件下也能獲得氧（yǎng），其增殖速（sù）率明顯高（gāo）於菌膠團，發生高負荷低DO下（xià）的汙泥膨脹；低負荷下由於長時間缺少足夠的營養物質，菌膠團生長受到（dào）抑製，而絲狀菌具有較（jiào）大的比表麵積，其（qí）菌絲會從菌膠（jiāo）團中伸（shēn）展（zhǎn）出來以增加其攝（shè）取營養的表麵積。
由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（ní）膨脹關係的說法也比較混亂。高低有機（jī）負荷都可能引起汙泥膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負荷下都可（kě）能（néng）發生（shēng）汙（wū）泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認為即使對於（yú）推流式曝氣池，雖（suī）然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通常認為汙水（shuǐ）中（zhōng）BOD：N：P=100：5：1為微生（shēng）物的適宜（yí）比例。N、P含量不均衡的（de）廢水，會引發絲狀菌（jun1）與（yǔ）非絲狀菌膨脹，絲狀（zhuàng）菌膨脹：有研究發（fā）現在缺N的情況下，由（yóu）於絲狀菌具有巨大（dà）的（de）比（bǐ）表麵積，低Ks，其對N、P等營（yíng）養物質有較強的（de）親和力，優先利用（yòng）營養物質，造（zào）成競爭（zhēng）優勢；非絲狀（zhuàng）菌（jun1）汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時，菌（jun1）膠團未能有充分的N完成代謝，於是把有機物以高（gāo）親水性（xìng）的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進水C/N比。
6、微量元素
完全混合活性汙泥法（fǎ）會助長絲狀菌的過量生（shēng）長，這可用（yòng）痕量金屬缺乏（fá）症理論分析。由於絲狀菌具有比菌（jun1）膠團更大（dà）的比表麵積（jī），其在痕量（liàng）金屬含量不足時比後者具有更大的對痕量金屬的吸附能力，從（cóng）而抑製（zhì）了菌膠團（tuán）的生長。
7、有（yǒu）毒物質
當有毒工業廢水進入汙水（shuǐ）廠時，活性汙（wū）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現，菌膠團吸（xī）收汙水中（zhōng）的有毒物質後，粘（zhān）性物質分泌減少（shǎo），生理活動出現異（yì）常，可能引起汙泥膨脹。
