活性污泥膨胀的主要原因与对策

活性污泥膨胀的主要原因与对策摘要针对工业废水采用普通活性污泥法处理易出现的丝状菌型污泥膨胀,对丝状菌型污泥膨胀分析和总结出五种主要膨胀类型。即:基质限制,溶解氧限制,营养物质缺乏型,腐败废水或硫化物因素和高、低pH冲击。对负荷、溶解氧、水质和水量变化等因素对污泥膨胀中菌胶团和丝状菌生长的相互影响进行了较为详细的阐述,给出了统一的污泥膨胀理论,并对不同类型的污泥膨胀给出了相应的控制方法关键词：活性污泥膨胀措施活性污泥法在处理城市污水及造纸、印染、化工等众多有机工业废水方面得到了广泛的应用,并取得了良好的效果,但是活性污泥法在实际运行中始终伴随着一个棘手的问题—污泥膨胀。其主要表现是:污泥结构松散,沉淀压缩性能差;SV值增大(有时达到90%,SVI达到300以上);二次沉淀池难以固液分离,导致大量污泥流失,出水浑浊;回流污泥浓度低,有时还伴随大量的泡沫产生,直接影响着整个生化系统的正常运行。活性污泥膨胀分为二种,一种是由于活性污泥中的丝状菌过度增殖引起的丝状菌型污泥膨胀;另外一种是由于高亲水性粘性物质大量积累附着在污泥上,导致其比重变轻,引起的粘性膨胀,属于非丝状菌型污泥膨胀。研究表明90%以上的污泥膨胀是由丝状菌的过度增殖引起的,Segzin等人发现,污泥沉降性能与丝状菌的长度有很好的相关性,107m/g的丝状菌长度是污泥膨胀与否的重要分界线。1活性污泥膨胀的主要原因1。1认识丝状菌丝状菌是一大类菌体相连而形成丝状的微生物的统称,荷兰学者Eikelboom将丝状菌分为29个类型、7个群,并制成了活性污泥丝状微生物检索表。不同的丝状菌对生长环境有着不同的要求,表1列出了各种不同条件下优势丝状菌的类型。丝状菌的功能与其结构形态密切相关。长丝状形态有利于其在固相上附着生长,长丝状形态比表面积大,有利于摄取低浓度底物,在底物浓度相对较低的条件下比菌胶团增殖速度快,在底物浓度较高时则比菌胶团增殖速度慢。许多丝状菌表面具有胶质的鞘,能分泌粘液,粘液层能够保证一定的胞外酶浓度,并减少水流对细胞的冲刷丝状菌生物种类繁多、数量大,对生长环境要求低。其生理生长特性表现为:吸附能力强、增殖速率快、耐低溶氧能力以及耐低基质浓度的能力都很强。根据丝状菌是否易被菌胶团附着,形成污泥絮体分为结构型丝状菌和非结构型丝状菌[4]。在正常水处理工程运行条件下,具有结构丝状菌的絮体占绝对优势,非结构丝状菌因其表面含有特定的抗体不易被菌胶团附着,彼此存在拮抗关系。因此其存在的数量很少,表2列出了丝状菌和菌胶团的理化性质。从表2可以看出,正常运行情况下,菌胶团菌的最大生长速率较丝状菌高,其生长是占优势的。如果一旦所处的环境发生了较大的有利于丝状菌增殖的变化,超过了活性污泥这个微生物群落自身的调节能力,就会导致丝状菌过度增殖触发污泥膨胀。112丝状菌与污泥絮体结构的关系活性污泥是一个混合培养系统,任何活性污泥系统中都存在着丝状菌。龙腾锐等人把正常运行时活性污泥结构形态分成了四类,Ⅰ型:致密、细小,看不到丝状菌为骨架的污泥;Ⅱ型:有明显丝状骨架、呈长条形的污泥;Ⅲ型:厚实、具有网状结构的巨型污泥;Ⅳ型:有孔洞结构的巨型污泥。污泥膨胀时其结构形态又可分为两类;Ⅴ型:结构丝状菌大量生长、从菌胶团中伸出,絮体结构松散:Ⅵ型:非结构丝状菌大量生长,不形成絮体。正常运行时长条形污泥、网状污泥和孔洞污泥(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型)一般可占90%以上。也就是说具有良好沉降性和传质性能的菌胶团是以结构丝状菌为骨架,菌胶团附着于其上而形成的,它们是去除有机物的主要组成部分。大量研究表明,菌胶团与结构丝状菌之间是相互依存。结构丝状菌交织生长,菌胶团附着其上形成新生污泥,丝状菌形成了絮体骨架,为絮体形成较大颗粒同时保持一定的松散度提供了必要条件。而菌胶团的附着使絮体具有一定的沉降性而不易被出水带走,并且由于菌胶团的包附使得结构丝状菌获得更加稳定、良好的生态条件,可见这两大类微生物在活性污泥中形成了特殊的共生体系。113污泥膨胀的主要原因一直以来,对于活性污泥膨胀的诱发机理有许多不同的理论。其中比较有影响的理论有:(1)比表面积假说。该理论认为:丝状菌的比表面积要大大超过菌胶团微生物的比表面积。这样当基质受限制时丝状菌生长占优势,而菌胶团微生物的生长则受到限制。这一假说解释低基质浓度和N、P元素缺乏型的污泥膨胀是比较有效的。(2)积累/再生假说。它能对高负荷条件下发生丝状菌污泥膨胀问题作较为合理的解释[6]。(3)Chudoba等人在1973年提出的选择性理论。该理论以微生物生长动力学为基础,根据不同种类微生物的最大生长速率和饱和常数Ks不同,分析丝状菌与菌胶团细菌的竞争情况,从而对污泥膨胀现象做出合理的解释[7],目前该理论已被人们广泛接受。(4)污泥膨胀的饥饿假说。Chiesa等人综合不同研究者的结果,并根据污水中不可降解基质和微生物衰减系数对微生物生长速率的影响而提出。通过对近些年来活性污泥膨胀问题国内外研究进展的分析和综合,可以将主要的活性污泥丝状菌膨胀的原因分为五种类型:即(1)基质限制;(2)溶解氧限制;(3)营养物缺乏型;(4)高、低pH冲击引起;(5)腐败废水或高硫化氢因素等膨胀类型。王凯军[9]等人提出利用广义的Monod方程来统一解释污泥膨胀。认为丝状菌与菌胶团细菌竞争的数学模型,遵循多种基质限制的广义Monod方程,即Monod2Mc2Gee方程:μ=μmax[S1/(K1+S1)][S2/(K2+S2)]⋯[Sn/(Kn+Sn)](1)式中:μmax:最大生长速率(d-1);Ki:第Ⅰ种基质亲和力(mg/l);Si:第Ⅰ种基质。根据动力学方程(1)可知,基质限制、溶解氧限制和营养物缺乏型的膨胀问题其实质都是由于创造了一个更适合丝状菌增殖的环境(如低基质环境、高负荷时低DO及低碳氮、碳磷比等),导致原有的菌胶团和丝状菌之间的平衡被打破,菌胶团菌的生长受到抑制,丝状菌异常增殖引起污泥膨胀。图1,图2是根据Monod方程给出了负荷及曝气强度对菌胶团及丝状菌的影响[11]。另外要说明的是当氮严重缺乏时引起的膨胀不能归入这一理论。原因在于由于氮的严重缺乏,使微生物不能充分利用碳源合成细胞物质,使得过量的碳源被转变为高度亲水型多糖类胞外贮存物,从而形成大量结合水,影响污泥沉降性能,产生了高粘性的膨胀,其类型不属于丝状菌膨胀[12]从图1可见,丝状菌和菌胶团细菌的竞争优势是根据负荷而变化的。采用如图所示的运行条件,根据负荷的不同,可划分为三个不同阶段:低负荷阶段(0.4kgCOD/kgMLSS,d)这时溶解氧的供应是充分的,出现了基质限制的情况。高负荷阶段(1.1kgCOD/kgMLSS,d)由于主体溶液中的基质浓度比较高,出现了溶解氧限制的情况。在这之间是中等负荷范围,丝状菌与絮状菌处于合理的比例,系统不发生膨胀。以上结果解释了为什么在高、低负荷下都会发生污泥膨胀的原因。图2是在有选择器条件下,不同曝气条件(K1a)在低负荷和高负荷范围仍然会发生膨胀。对于高负荷系统,高的曝气强度可以提高污泥膨胀发生的上限,同时降低了低负荷系统发生膨胀的下限。从图2可见,中等负荷阶段对于不同的曝气强度其发生污泥膨胀的上下限也会发生一定的变化,两种微生物竞争优势发生转变的界限值是不同的,就是说如果供氧不充分,丝状菌仍有可能大量繁殖导致膨胀。实验的结果也表明,完全混合曝气池对不同负荷下,维持稳定的沉降性能,所需要的溶解氧浓度是不一样的。并不是如文献报道维持在固定的110～210mg/l之间。2活性污泥膨胀的防治措施2.11预防措施污泥膨胀在各种类型的活性污泥工艺中都不同程度的存在,并且一旦发生就难以控制或需要相当长的恢复时间。一般发生只要2～3d,而恢复正常却要3倍泥龄以上的时间。所以采取一些预防措施是很有必要的,也是应该在实际运行中值得重视的。在工艺负荷的选择上应避开容易引起污泥膨胀的负荷范围;在运行过程中逐步调整运行参数或运行方式以适应不断变化的水质及水量,以创造一个适合菌胶团生长的环境,达到避免污泥膨胀的发生。尤其在污泥膨胀发生的初始阶段,应能通过监测污泥沉降性及时发现问题、找出原因、提出解决方案,使问题在初期得到解决。防止污泥膨胀的发生是解决污泥膨胀的最好办法。212活性污泥膨胀控制措施传统控制丝状菌引起的污泥膨胀的主要手段是利用丝状菌具有较大的比表面积值,采用药剂杀死丝状菌,或是投加无机或有机混凝剂或助凝剂以增加污泥絮体的比重。但实践证明这些方法无法彻底解决污泥膨胀问题,往往一停药,膨胀还会继续发作,并且相反地会带来出水水质恶化的不良后果。随着研究的逐步深入,人们认识到活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌形成一个共生的微生物生态体系。在这种共生的生态体系中,丝状微生物作为污泥絮体的骨架是不可或缺的重要组成部分,对于高效、稳定地净化废水起重要作用。人们逐渐的从简单地杀死丝状菌过渡到利用曝气池中的生长环境,调整菌胶团和丝状菌的比例,从而达到控制污泥膨胀发生的目的-即环境调控阶段。环境调控概念的运用是人们在污泥膨胀控制技术和实践上的一大进步。其主要出发点是使曝气池中的生态环境,有利于选择性地发展菌胶团细菌,应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖,将丝状菌控制在一个合理的范围之内,从而控制污泥膨胀的发生和发展。同时利用丝状菌特性净化污水,稳定处理工艺。近年来选择器理论得到充分发展和应用就是这一概念的具体体现。当污泥膨胀没能在初期及时控制住,导致大面积暴发时,首先还是要查找原因,确定污泥膨胀的类型,如果是丝状菌引起的膨胀,那还要通过对各种运行条件的分析确定所属的具体膨胀类型,然后“对症下药”。参考文献：1孙雪.活性污泥膨胀的成因及丝状菌污泥膨胀的控制[J].给排水在线,2003.(4).2崔和平,彭永臻,周利等.关于污泥膨胀研究的现状与展望[J].哈尔滨建筑大学学报1997,(30)3:113～116.3王凯军.活性污泥膨胀的机理与控制[M].北京:中国环境科学出版社,1992.4陈丽华,王增长等.活性污泥的相关理论及控制方法[J].科技情报开发与经济,2003,3(13):123～126.5王凯军.丝状菌型污泥膨胀的统一理论,[J].环境科学,1992(13)3,76