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關於汙（wū）泥膨脹機理的詳（xiáng）解！
來（lái）源：www.17c.com91嫩草（shèng）環保 發（fā）布時間：2020-10-15
汙泥膨脹指汙泥結構極度鬆散，體積增大、上浮，難（nán）於沉降分離影響出水水質的現象。基本上（shàng）各種類型的活性汙泥工（gōng）藝都會發（fā）生汙泥膨脹，而且一旦發生難以（yǐ）控製，通常都需要很長的時間來調整。汙泥膨脹（zhàng）的發生率是相當高的，在歐洲近百分之五十的城市汙水廠每年（nián）都會有不同程（chéng）度的汙泥（ní）膨脹發生，在中國的發生率也非常高。針對（duì）汙泥膨脹，各方麵的理論很多，但並不完全一（yī）致（zhì），甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的麻煩。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結構鬆散，質量變輕，沉（chén）澱壓縮性能差；SV值增大（dà），有時達到百分之九十，SVI達到300以上;大量汙（wū）泥流失，出水（shuǐ）渾濁;二次沉澱難以固液分離，回流汙泥濃度低，有時（shí）還伴隨大量的（de）泡沫的產生，無法維持生化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理（lǐ）係統（tǒng）較為嚴（yán）重的異（yì）常現象之一，它直接影響出水（shuǐ）水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨脹的（de）發生率是相當高的，在（zài）歐洲近50%的城市（shì）汙水廠每年都會有不同程度（dù）的汙泥膨脹發生，在中國（guó）的（de）發生率也非常高。基本上目前各種類型的活（huó）性汙泥工（gōng）藝都會發生汙泥膨脹。汙（wū）泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且（qiě）一旦發生難以控製（zhì），通（tōng）常都（dōu）需要很長的時間來調整（zhěng）。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多，但並不（bú）完（wán）全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大（dà）的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨脹（zhàng）
非絲狀菌膨脹主要發生在（zài）廢水（shuǐ）水溫較（jiào）低而汙泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來（lái）不（bú）及代謝，在胞外積貯大量高粘性（xìng）的多糖物質，使得表麵附著物大量增（zēng）加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺（quē）乏時，也有可產生膨脹（zhàng）現象。因為若缺氮（dàn），微（wēi）生物便於工（gōng）作不能充分利用（yòng）碳源合（hé）成細胞物質，過量的碳源將被轉（zhuǎn）化為（wéi）多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高（gāo）度親水型化合物，易形（xíng）成（chéng）結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘（zhān）性的汙（wū）泥膨脹。非絲（sī）狀菌汙泥（ní）膨脹發生時（shí）其生化處理效能仍較高，出水也還（hái）比較清（qīng）澈，汙泥鏡檢也看不到絲（sī）狀菌。非絲狀（zhuàng）菌膨脹發生情（qíng）況較少，且危（wēi）害並不十分嚴重（chóng）。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日（rì）常實際工作中較（jiào）為常見，成（chéng）因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多（duō），*先應該認識到的是活性汙泥是一個混合培養係統，其中至少存在著30種可能引起汙泥膨脹的絲狀（zhuàng）菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共生（shēng）的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的（de）絮體結構，保持（chí）生化處理的淨化（huà）效（xiào）率，及在沉澱（diàn）中起著對懸浮物（wù）的過濾作用等都有（yǒu）很重要的意義。事實也證明（míng）在絲狀菌與（yǔ）菌膠團細（xì）菌平（píng）衡時是不會產生汙泥膨脹，隻（zhī）有當絲狀菌生長超過菌膠團細（xì）菌時（shí），才會出現汙泥膨脹（zhàng）現象。
3、汙泥膨脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時，由於比表麵積大的絲狀菌獲取基質的能力要強於菌膠團，因而菌膠團（tuán）受到抑製，絲（sī）狀菌大量（liàng）繁殖；
2、動力選擇性理論
以（yǐ）微生物（wù）生長（zhǎng）動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大比生（shēng）長速率和飽和常數，分析絲狀菌（jun1）與菌膠團的競爭情況；
3、饑（jī）餓假說
將活（huó）性汙泥中微生物分為三類，*類是（shì）菌膠團細（xì）菌，第二（èr）類是具有高基質親和（hé）力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌（jun1），第三類是（shì）對溶解氧有（yǒu）高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲選擇（zé）理論
在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯（zhù）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（hé）成蛋白質（zhì）。但是一（yī）些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全（quán）用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨脹假說，如果缺氧區（qū）的反硝化不充分，導致好氧區存（cún）在亞硝酸（suān）氮（dàn），那中間產物NO、N2O就會抑製菌膠（jiāo）團的好（hǎo）氧細胞色素，進而抑製其好氧（yǎng）情況下的基質利用，相反（fǎn）一些絲狀菌隻能將硝酸氮（dàn）還原為亞硝酸氮，因此不會在反硝化條（tiáo）件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定的正相關性（xìng）。沉澱性能良（liáng）好的汙泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹汙泥的粒徑大都在10μm以內，汙泥較為細碎（suì）。
4、汙（wū）泥膨脹的影響因素（sù）
1、溫度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發現10℃容易導致絲狀菌性汙泥膨脹（zhàng），而汙（wū）水溫度提高到（dào）22℃則不容（róng）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（jiāo）團活性減弱，生長受到抑（yì）製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優（yōu）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DO是引起絲狀菌汙泥膨脹的（de）主要原因之一，若（ruò）DO成為限製因子，菌膠團（tuán）生長受抑製，而絲狀菌因具有巨大的比表麵積（jī），更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中（zhōng）處於優勢地位。具有低（dī）Ks的絲狀菌在低基質濃度下（xià），具有比菌（jun1）膠團高的比生長（zhǎng）速率，這（zhè）可（kě）以解釋基質限製（zhì）、溶（róng）解氧限製和營（yíng）養物質限製引起的汙泥（ní）膨脹現象。隻（zhī）要溶解氧成為限（xiàn）製，任何負荷下都會發生汙泥膨脹。汙水處理中DO控製在2左右，太高太低（dī）都容易引（yǐn）起汙泥膨脹。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌具有巨大的比表麵積，低Ks，其（qí）對碳源有較強的親和力，優先利用碳源，造成（chéng）競爭優勢。低F/M經常出現在（zài）完（wán）全混合式曝氣池、大回流（liú）比的氧（yǎng）化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負（fù）荷容易引（yǐn）發絲狀菌汙泥膨脹（zhàng），高負荷容易引發汙泥粘性膨脹（zhàng）。負（fù）荷分布（bù）不均，好（hǎo）氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對膜生物反應器內（nèi）汙泥負（fù）荷（hé）參（cān）數（shù）的影響研究表明，當（dāng）F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發（fā）汙泥膨脹；Pan和（hé）Su等人將汙水通過好氧選擇器進入膜生物反應器，將F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了汙泥膨（péng）脹（zhàng）；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選（xuǎn）擇器，加（jiā）強反硝化除磷作用，有效解決了汙泥膨脹（zhàng）。
高有機負荷下（xià），反應器內底物充裕，在這種情況（kuàng）中菌（jun1）膠（jiāo）團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高濃度的（de）底物迅速增殖，具有較（jiào）高的比生長速率（lǜ），抑（yì）製了絲狀（zhuàng）菌的生長，但是如果（guǒ）DO濃度不夠，在（zài）0.5mg/L以下，菌膠團在（zài）低溶氧的條件下增殖受到抑製，而絲狀菌由於其具有更大的（de）比表麵積（jī），即使在低溶氧的條（tiáo）件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高於菌膠團，發生高負荷低DO下的汙（wū）泥膨脹；低負（fù）荷下由於長（zhǎng）時間缺少足夠的營養物質，菌膠團生長（zhǎng）受到抑製，而絲狀菌具有較大（dà）的比（bǐ）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（yíng）養的表麵積。
由（yóu）於研究者的研究背景（jǐng）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膨脹關係的說（shuō）法也（yě）比（bǐ）較混（hún）亂。高低（dī）有機負荷都可能引起汙泥（ní）膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負（fù）荷下都可能發生汙泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條（tiáo）件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認（rèn）為即使對於（yú）推（tuī）流式曝氣池，雖然沿吃長方向存（cún）在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發生汙泥膨（péng）脹。
5、N、P營（yíng）養物質
通常認為汙水（shuǐ）中（zhōng）BOD：N：P=100：5：1為微（wēi）生物（wù）的適（shì）宜比（bǐ）例。N、P含量不均衡的廢水，會引（yǐn）發絲狀菌與非（fēi）絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發現在缺N的情況下（xià），由於絲狀（zhuàng）菌具有巨（jù）大的比表麵積，低（dī）Ks，其對N、P等營養物質有較強的親和（hé）力，優（yōu）先利用營養物質，造成競爭優勢；非絲狀菌汙（wū）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（zhù）存在胞外。因此要降低進水C/N比（bǐ）。
6、微量元素
完全混合活性汙泥法（fǎ）會助長（zhǎng）絲狀菌的過量生長，這（zhè）可用痕量（liàng）金屬缺（quē）乏症理（lǐ）論分析。由於絲狀菌具有比菌膠團（tuán）更大的（de）比表麵積，其在痕量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，從而抑製了菌膠團的生長。
7、有毒（dú）物質
當有毒（dú）工（gōng）業廢水進入汙水廠時，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（jiū）中發（fā）現，菌膠團吸收汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌（mì）減（jiǎn）少，生理活動出現異常，可能引起汙泥膨脹。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結構鬆散，質量變輕，沉（chén）澱壓縮性能差；SV值增大（dà），有時達到百分之九十，SVI達到300以上;大量汙（wū）泥流失，出水（shuǐ）渾濁;二次沉澱難以固液分離，回流汙泥濃度低，有時（shí）還伴隨大量的（de）泡沫的產生，無法維持生化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理（lǐ）係統（tǒng）較為嚴（yán）重的異（yì）常現象之一，它直接影響出水（shuǐ）水質，並危害整個生化係統的運作。
汙泥膨脹的（de）發生率是相當高的，在（zài）歐洲近50%的城市（shì）汙水廠每年都會有不同程度（dù）的汙泥膨脹發生，在中國（guó）的（de）發生率也非常高。基本上目前各種類型的活（huó）性汙泥工（gōng）藝都會發生汙泥膨脹。汙（wū）泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且（qiě）一旦發生難以控製（zhì），通（tōng）常都（dōu）需要很長的時間來調整（zhěng）。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多，但並不（bú）完（wán）全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大（dà）的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲狀菌膨脹（zhàng）
非絲狀菌膨脹主要發生在（zài）廢水（shuǐ）水溫較（jiào）低而汙泥負荷太高的時候，此時細菌吸附了大量有機物，來（lái）不（bú）及代謝，在胞外積貯大量高粘性（xìng）的多糖物質，使得表麵附著物大量增（zēng）加，很難沉澱壓縮。而當氮嚴重缺（quē）乏時，也有可產生膨脹（zhàng）現象。因為若缺氮（dàn），微（wēi）生物便於工（gōng）作不能充分利用（yòng）碳源合（hé）成細胞物質，過量的碳源將被轉（zhuǎn）化為（wéi）多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高（gāo）度親水型化合物，易形（xíng）成（chéng）結合水，從而影響汙泥的沉降性能，產生高粘（zhān）性的汙（wū）泥膨脹。非絲（sī）狀菌汙泥（ní）膨脹發生時（shí）其生化處理效能仍較高，出水也還（hái）比較清（qīng）澈，汙泥鏡檢也看不到絲（sī）狀菌。非絲狀（zhuàng）菌膨脹發生情（qíng）況較少，且危（wēi）害並不十分嚴重（chóng）。
2、非絲狀菌膨脹
絲狀菌膨脹在日（rì）常實際工作中較（jiào）為常見，成（chéng）因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多（duō），*先應該認識到的是活性汙泥是一個混合培養係統，其中至少存在著30種可能引起汙泥膨脹的絲狀（zhuàng）菌。而絲狀菌在與活性膠團係統共生（shēng）的關係中是不可缺少的一類重要微生物。它的存在對淨化汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的（de）絮體結構，保持（chí）生化處理的淨化（huà）效（xiào）率，及在沉澱（diàn）中起著對懸浮物（wù）的過濾作用等都有（yǒu）很重要的意義。事實也證明（míng）在絲狀菌與（yǔ）菌膠團細（xì）菌平（píng）衡時是不會產生汙泥膨脹，隻（zhī）有當絲狀菌生長超過菌膠團細（xì）菌時（shí），才會出現汙泥膨脹（zhàng）現象。
3、汙泥膨脹幾種理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時，由於比表麵積大的絲狀菌獲取基質的能力要強於菌膠團，因而菌膠團（tuán）受到抑製，絲（sī）狀菌大量（liàng）繁殖；
2、動力選擇性理論
以（yǐ）微生物（wù）生長（zhǎng）動力學為基礎，根據不同種類微生物具有不同的*大比生（shēng）長速率和飽和常數，分析絲狀菌（jun1）與菌膠團的競爭情況；
3、饑（jī）餓假說
將活（huó）性汙泥中微生物分為三類，*類是（shì）菌膠團細（xì）菌，第二（èr）類是具有高基質親和（hé）力但生長緩慢的耐饑餓絲狀菌（jun1），第三類是（shì）對溶解氧有（yǒu）高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長絲狀菌；
4、存儲選擇（zé）理論
在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯（zhù）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（hé）成蛋白質（zhì）。但是一（yī）些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能力不能完全（quán）用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化氮假說
CASEY提出低負荷生物脫氮除磷工藝的汙泥膨脹假說，如果缺氧區（qū）的反硝化不充分，導致好氧區存（cún）在亞硝酸（suān）氮（dàn），那中間產物NO、N2O就會抑製菌膠（jiāo）團的好（hǎo）氧細胞色素，進而抑製其好氧（yǎng）情況下的基質利用，相反（fǎn）一些絲狀菌隻能將硝酸氮（dàn）還原為亞硝酸氮，因此不會在反硝化條（tiáo）件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌就不會在好氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸與SVI有一定的正相關性（xìng）。沉澱性能良（liáng）好的汙泥粒徑分布較廣，且以球菌為主，膨脹汙泥的粒徑大都在10μm以內，汙泥較為細碎（suì）。
4、汙（wū）泥膨脹的影響因素（sù）
1、溫度
低溫有利於絲狀菌生長，Daigger等人發現10℃容易導致絲狀菌性汙泥膨脹（zhàng），而汙（wū）水溫度提高到（dào）22℃則不容（róng）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（jiāo）團活性減弱，生長受到抑（yì）製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成為優（yōu）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DO是引起絲狀菌汙泥膨脹的（de）主要原因之一，若（ruò）DO成為限製因子，菌膠團（tuán）生長受抑製，而絲狀菌因具有巨大的比表麵積（jī），更易獲得溶解氧進行生長繁殖，在競爭中（zhōng）處於優勢地位。具有低（dī）Ks的絲狀菌在低基質濃度下（xià），具有比菌（jun1）膠團高的比生長（zhǎng）速率，這（zhè）可（kě）以解釋基質限製（zhì）、溶（róng）解氧限製和營（yíng）養物質限製引起的汙泥（ní）膨脹現象。隻（zhī）要溶解氧成為限（xiàn）製，任何負荷下都會發生汙泥膨脹。汙水處理中DO控製在2左右，太高太低（dī）都容易引（yǐn）起汙泥膨脹。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌具有巨大的比表麵積，低Ks，其（qí）對碳源有較強的親和力，優先利用碳源，造成（chéng）競爭優勢。低F/M經常出現在（zài）完（wán）全混合式曝氣池、大回流（liú）比的氧（yǎng）化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負（fù）荷容易引（yǐn）發絲狀菌汙泥膨脹（zhàng），高負荷容易引發汙泥粘性膨脹（zhàng）。負（fù）荷分布（bù）不均，好（hǎo）氧區一直處於低負荷運行狀態易造成絲狀菌大量增殖。Li等人對膜生物反應器內（nèi）汙泥負（fù）荷（hé）參（cān）數（shù）的影響研究表明，當（dāng）F/M<0.2kg/kg.d時，容易引發（fā）汙泥膨脹；Pan和（hé）Su等人將汙水通過好氧選擇器進入膜生物反應器，將F/M調整到0.4kg/kgd，有效的控製了汙泥膨（péng）脹（zhàng）；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選（xuǎn）擇器，加（jiā）強反硝化除磷作用，有效解決了汙泥膨脹（zhàng）。
高有機負荷下（xià），反應器內底物充裕，在這種情況（kuàng）中菌（jun1）膠（jiāo）團比絲狀菌具有更強的吸附與存貯營養物質的能力，能夠充分利用高濃度的（de）底物迅速增殖，具有較（jiào）高的比生長速率（lǜ），抑（yì）製了絲狀（zhuàng）菌的生長，但是如果（guǒ）DO濃度不夠，在（zài）0.5mg/L以下，菌膠團在（zài）低溶氧的條件下增殖受到抑製，而絲狀菌由於其具有更大的（de）比表麵積（jī），即使在低溶氧的條（tiáo）件下也能獲得氧，其增殖速率明顯高於菌膠團，發生高負荷低DO下的汙（wū）泥膨脹；低負（fù）荷下由於長（zhǎng）時間缺少足夠的營養物質，菌膠團生長（zhǎng）受到抑製，而絲狀菌具有較大（dà）的比（bǐ）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（yíng）養的表麵積。
由（yóu）於研究者的研究背景（jǐng）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膨脹關係的說（shuō）法也（yě）比（bǐ）較混（hún）亂。高低（dī）有機負荷都可能引起汙泥（ní）膨脹，Ford和Eckenfeilder等人發現高低負（fù）荷下都可能發生汙泥膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條（tiáo）件下都可能發生膨脹，Chudoba等人認（rèn）為即使對於（yú）推（tuī）流式曝氣池，雖然沿吃長方向存（cún）在著高的濃度梯度，但在高負荷下也會發生汙泥膨（péng）脹。
5、N、P營（yíng）養物質
通常認為汙水（shuǐ）中（zhōng）BOD：N：P=100：5：1為微（wēi）生物（wù）的適（shì）宜比（bǐ）例。N、P含量不均衡的廢水，會引（yǐn）發絲狀菌與非（fēi）絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹：有研究發現在缺N的情況下（xià），由於絲狀（zhuàng）菌具有巨（jù）大的比表麵積，低（dī）Ks，其對N、P等營養物質有較強的親和（hé）力，優（yōu）先利用營養物質，造成競爭優勢；非絲狀菌汙（wū）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（zhù）存在胞外。因此要降低進水C/N比（bǐ）。
6、微量元素
完全混合活性汙泥法（fǎ）會助長（zhǎng）絲狀菌的過量生長，這（zhè）可用痕量（liàng）金屬缺（quē）乏症理（lǐ）論分析。由於絲狀菌具有比菌膠團（tuán）更大的（de）比表麵積，其在痕量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，從而抑製了菌膠團的生長。
7、有毒（dú）物質
當有毒（dú）工（gōng）業廢水進入汙水廠時，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（jiū）中發（fā）現，菌膠團吸收汙水中的有毒物質後，粘性物質分泌（mì）減（jiǎn）少，生理活動出現異常，可能引起汙泥膨脹。
