污泥培养工业葡萄糖(探究活性污泥工艺污泥膨胀现象原因及控制，给排水专业必看)

Posted 2023-05-31

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污泥培养工业葡萄糖(探究活性污泥工艺污泥膨胀现象原因及控制，给排水专业必看)

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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。

一、污泥膨胀特点

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。基本上目前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。

二、污泥膨胀类型

非丝状菌膨胀：非丝状菌膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷太高的时候，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积贮大量高粘性的多糖物质，使得表面附着物大量增加，很难沉淀压缩。而当氮严重缺乏时，也有可产生膨胀现象。因为若缺氮，微生物便于工作不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源将被转化为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高粘性的污泥膨胀。非丝状菌污泥膨胀发生时其生化处理效能仍较高，出水也还比较清澈，污泥镜检也看不到丝状菌。非丝状菌膨胀发生情况较少，且危害并不十分严重。
丝状菌膨胀：丝状菌膨胀在日常实际工作中较为常见，成因也十分复杂。影响丝状菌污泥膨胀的因素有很多，首先应该认识到的是活性污泥是一个混合培养系统，其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。而丝状菌在与活性胶团系统共生的关系中是不可缺少的一类重要微生物。它的存在对净化污水起着很好的作用。它对保持污泥的絮体结构，保持生化处理的净化效率，及在沉淀中起着对悬浮物的过滤作用等都有很重要的意义。事实也证明在丝状菌与菌胶团细菌平衡时是不会产生污泥膨胀，只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，才会出现污泥膨胀现象。

三、污泥膨胀几种理论

A/V假说：当混合液中基质收到限制或控制时，由于比表面积大的丝状菌获取基质的能力要强于菌胶团，因而菌胶团受到抑制，丝状菌大量繁殖；
动力选择性理论：以微生物生长动力学为基础，根据不同种类微生物具有不同的最大比生长速率和饱和常数，分析丝状菌与菌胶团的竞争情况；
饥饿假说：将活性污泥中微生物分为三类，第一类是菌胶团细菌，第二类是具有高基质亲和力但生长缓慢的耐饥饿丝状菌，第三类是对溶解氧有高亲和力、对饥饿高度敏感的快速生长丝状菌；
存储选择理论：在底物风度的状态下，非丝状菌具有贮存底物的能力，而被贮存物质在底物匮乏时能够被代谢产生能量或合成蛋白质。但是一些丝状菌也具有底物贮存能力，底物贮存能力不能完全用来解释污泥膨胀机理；
氮氧化氮假说：CASEY提出低负荷生物脱氮除磷工艺的污泥膨胀假说，如果缺氧区的反硝化不充分，导致好氧区存在亚硝酸氮，那中间产物NO、N2O就会抑制菌胶团的好氧细胞色素，进而抑制其好氧情况下的基质利用，相反一些丝状菌只能将硝酸氮还原为亚硝酸氮，因此不会在反硝化条件下胞内积累NO和N2O，丝状菌就不会在好氧段被抑制，因而更具竞争优势。亚硝酸与SVI有一定的正相关性。沉淀性能良好的污泥粒径分布较广，且以球菌为主，膨胀污泥的粒径大都在10μm以内，污泥较为细碎。

四、丝状菌污泥膨胀的原因

原水中营养物质含量不足：活性污泥法处理污（废）水的过程，就是污泥中的微生物种群不断地吸收、利用水中污染物，在自身增殖的同时，将污染物加以降解的过程。随反应的进行需要多种营养物质保证其正常的新陈代谢活动，并维持生物的动态平衡和活动。若微生物的食物不足，会使低营养型微生物丝硫细菌、贝氏硫细菌过度繁殖，在与菌胶团细菌的竞争中占优。
原水中碳水化合物和可溶性物质含量高：丝状菌与其它菌种相比有其自身的一些特点，它对高分子物质的水解能力弱，较难吸收不溶性物质。所以，当废水中含有较多量的可溶性有机物时，有利于底物中丝状菌的繁殖。此外，废水中含过多量的糖类碳水化合物时，诸如球衣菌属的丝状菌能直接将葡萄糖、乳糖等糖类物质作为能源加以吸收利用，同时分泌出高粘性物质覆盖在菌胶团细菌表面，从而大大提高了污泥的水结合率。
硫化物含量高：正常的活性污泥中硫代谢丝状菌含量不多，若污水中硫化物含量偏高（这种情况多存在于工业废水中），容易引起诸如硫化菌、021N型菌、贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌的过量增殖，致使引发污泥膨胀。
进水波动：进水波动是指进入活性污泥反应器的原水在流量以及有机物浓度、种类方面的改变。如果曝气池中有机物浓度突然增加，就会因微生物呼吸迅速致使溶解氧含量降低，此时丝状菌在争夺氧中占优，大量繁殖，引起污泥膨胀。
温度：反应器底物中每种细菌都有自己的最适宜生长温度，在最适宜生长温度下，其繁殖旺盛，竞争力强。如果温度较低，污水中微生物代谢速度较慢，会积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值增高，从而可能会引起污泥膨胀。温度对丝状菌的影响也是很普遍的，丝状菌膨胀对温度具有敏感性，在其它条件等同的情况下，10℃时产生严重的污泥膨胀现象；将反应器温度提高到22℃，不再产生污泥膨胀。这也是大多数活性污泥在冬季时会产生污泥膨胀或者污泥膨胀更加严重的原因之一。
溶解氧：溶解氧作为构成活性污泥混合液三要素（气、水、泥）之一，是许多生物降解反应的必要条件。菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧需要量差别比较大，菌胶团细菌是好氧菌，而绝大多数丝状菌是适应性强的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌胶团菌的生长受到抑制，而丝状菌仍能正常利用有机物，在竞争中占优。
pH值：pH值较低，会导致丝状真菌的繁殖而引起污泥膨胀。活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5~8.5；pH值低于6.5时利于真菌生长繁殖；pH值低至4.5时，真菌将完全占优，活性污泥絮体遭到破坏，所处理的水质恶化。
BOD－污泥负荷：BOD污泥负荷是设计活性污泥反应池和控制其运行的重要指标。

五、丝状菌引起污泥膨胀的控制方法

污泥膨胀的早期控制方法主要是靠外加药剂（如消毒剂）直接杀死丝状菌或投加无机或有机混凝剂增加污泥絮体的密度来改善污泥絮体的沉降性能。目前此类方法仍运用于某些污水处理厂。

投加Cl2或漂白粉：控制污泥膨胀采用的传统氧化剂是Cl2。具有氧化能力的Cl2、HOCl和次氯酸根渗入细胞后，能破坏菌体内的酶系统，导致细胞死亡。绝大程度上说的丝状菌都可通过加氯气加以控制。一般投加在回流污泥中，加氯点的Cl2、浓度应控制在小于35 mg/L，加氯量最适宜控制在10~20 mg/L·d，投加量过大反而会杀死菌胶团菌，造成絮体解体。当SVI值逐渐降低、膨胀不断缓解时，应逐渐减少投药量。
投加H2O2：双氧水在控制污泥丝状菌膨胀中的应用也相当广泛。控制丝状菌的最少投量是0.1 g/kg·d（H2O2/MLSS）时，将会破坏脱磷作用，投加一段时间后（大概10天）脱磷作用会慢慢恢复。H2O2的毒性对脱氮作用只有少量的影响，在检测中没有发现氨、氮和硝酸盐氮有明显变化。
投加臭氧：投加臭氧也可以控制丝状菌引起的污泥膨胀，臭氧还能有效地改善硝化作用和提高难降解有机物的去除率，臭氧的投加量在4g/kg·d（H2O2/MLSS）左右，一般投加在好氧区。
投加凝聚剂：投加合成的有机聚合物、铁盐、铝盐等混凝剂均可以通过其凝聚作用来提高污泥的压密性增加污泥的比重；投加高岭土、碳酸钙、氢氧化钙等也可以通过提高污泥的压密性来改善污泥的沉降性能。实践证明，不设初沉池的污水厂，其SVI值都比较低，所以设有初沉池的污水厂发生污泥膨胀时，将部分污水直接送到曝气池也是一种控制污泥膨胀的方法。
回流污泥：此法主要应用在脱氮除磷工艺中，将二沉池排出的回流污泥排入一单独设置的曝气池内进行曝气，将微生物体内贮存物质氧化，从而使菌胶团细菌具有最大吸附和贮存能力，使污泥得到充分再生并恢复活性，所以可以在与丝状菌的竞争中获得优势，抑制丝状菌的过量繁殖。当污泥膨胀发生时，采用上述方法能较快地降低SVI值，但是没有从根本上控制住丝状菌的繁殖。一旦停止加药，污泥膨胀可能又会出现。加药改变了微生物的生长环境，无疑会对污水处理厂的稳定运行产生负面影响，因此只能作为临时应急只用。

六、其他污泥膨胀原因

一般认为悬浮固体少而溶解性和易降解的有机物较多，特别是含低分子量的烃类、糖类和有机酸等容易发生丝状菌膨胀，例如啤酒、食品、乳品、造纸废水；丝状菌对高分子物质的水解能力弱，较难吸收不溶性物质，对低分子有机物可直接作为能源加以利用，最有代表性的丝状菌是球衣菌属，它能将葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖类物质直接利用，当废水中含有可溶性有机物多时，易诱发丝状菌膨胀，而不溶性有机物作为去除对象的废水则不易产生污泥膨胀。Van等发现葡萄糖、乙酸盐这些低分子可溶性有机物容易引起污泥膨胀，而大分子淀粉不易引起污泥膨胀。
腐化的污水，还有大量硫化氢的污水，污水在下水管和初沉池等贮存设施中，停留时间过长，发生早起消化，使pH下降，产生利于丝状菌摄取的低分子溶解性有机物和硫化氢，引起硫代谢丝状菌。但是硫化氢大部分是厌氧发酵中的副产物，而厌氧发酵会产生大量小分子有机酸，这些是污泥膨胀的主要原因。
一些厌氧装置虽然出水含有大量硫化氢，但是挥发性有机酸浓度很低时也不会发生污泥膨胀，当挥发性有机酸达到一定浓度时，其中主要的低分子有机酸（乙酸、丙酸）易于降解，因此造成耗氧速率的增加，引起DO限制膨胀。

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