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關於汙泥膨（péng）脹機理的詳解！
來源：忘忧草日本在线播放WWW盛環保 發布時（shí）間：2020-10-15
汙泥膨脹指汙泥結構極度鬆散，體積增大、上（shàng）浮，難於沉降（jiàng）分離影響出水水質的現象。基本上各種類型的（de）活性汙泥工藝都會發生汙泥膨脹（zhàng），而且一旦發生難以控（kòng）製，通常都需要很長（zhǎng）的時間來調整。汙泥膨脹的發（fā）生率是（shì）相當高的，在（zài）歐洲近百分之五十的（de）城市汙水（shuǐ）廠（chǎng）每年都會有不同程度的汙（wū）泥膨脹發生，在（zài）中國（guó）的發生率也非常高。針對汙泥膨脹，各方麵的理（lǐ）論很多，但並不完全一致，甚至有很多相互矛盾，這給水處理工作者造成很大的（de）麻（má）煩。
1、汙泥膨脹特點
汙泥結構鬆散，質量變輕，沉澱壓縮性（xìng）能差；SV值增大，有時達到百（bǎi）分之九十，SVI達到300以（yǐ）上;大（dà）量汙（wū）泥流失，出水渾濁;二次沉澱難以（yǐ）固液分離，回流汙泥（ní）濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法（fǎ）維持生化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的（de）異常現象之一，它直接影響出水水質（zhì），並危害整個生化係統（tǒng）的運作。
汙泥膨脹的發生率是相（xiàng）當高的，在歐洲近50%的城（chéng）市汙（wū）水廠每年（nián）都（dōu）會（huì）有不同（tóng）程度的汙泥膨脹發（fā）生，在中國（guó）的發生率也（yě）非常高。基本上目前各種類型的活性（xìng）汙泥工藝都會發生（shēng）汙泥膨脹。汙泥（ní）膨（péng）脹不但（dàn）發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控製，通常都需要很長的時間（jiān）來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多（duō），但並不完全一致，甚至有很（hěn）多相互矛盾，這給水處理工作者造成（chéng）很大的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲（sī）狀菌膨（péng）脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫較低而汙（wū）泥負荷（hé）太高的時候，此時（shí）細菌吸附了大量（liàng）有機物，來不及代謝，在胞（bāo）外（wài）積貯大量高粘性的（de）多糖物質，使得表（biǎo）麵附著物大量增加，很難沉澱（diàn）壓縮。而當氮嚴重缺乏（fá）時，也有可產（chǎn）生膨脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不能充分利用碳源合成細胞（bāo）物質，過量的碳（tàn）源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結合（hé）水，從而（ér）影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨脹。非絲狀菌汙泥膨脹發生時其生化處理（lǐ）效能仍較高，出水也還比較清澈，汙泥鏡檢（jiǎn）也看不到絲狀菌。非絲（sī）狀菌膨脹發生情況較少，且危害並不十分嚴重。
2、非（fēi）絲狀菌膨脹
絲狀（zhuàng）菌膨脹在日常實際工作中較（jiào）為常（cháng）見，成因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多，*先應該認識到（dào）的是（shì）活性汙泥（ní）是一個混合培養係統，其中至少存在（zài）著30種可能引起汙泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在（zài）與活性膠團係統共生的關係（xì）中是不可缺少（shǎo）的一類（lèi）重要微生物。它的存在對淨化（huà）汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的絮體（tǐ）結構，保持生化處理（lǐ）的淨化效率，及在沉澱中起著對懸浮物（wù）的過濾作用等都（dōu）有很重要（yào）的意義（yì）。事實也（yě）證（zhèng）明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生汙（wū）泥膨脹，隻（zhī）有當絲（sī）狀菌生（shēng）長超過菌膠團細菌時，才會（huì）出現汙泥膨脹現象。
3、汙泥（ní）膨脹幾種（zhǒng）理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時（shí），由於比表麵積大的絲狀菌獲取基質的能力要強（qiáng）於菌膠團，因而菌膠（jiāo）團受到抑製，絲狀菌大量（liàng）繁殖；
2、動力選擇性（xìng）理論
以微生物生長動力學為（wéi）基礎，根據（jù）不同種類微（wēi）生物具有不（bú）同的*大比生長速率和飽和常數，分析絲狀菌與（yǔ）菌膠團（tuán）的（de）競爭情況（kuàng）；
3、饑餓假（jiǎ）說
將活性汙泥中微生物分為三類（lèi），*類是菌膠團細菌，第二類（lèi）是具有高基質親和力但生長（zhǎng）緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧（yǎng）有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長（zhǎng）絲狀菌；
4、存儲選擇理論
在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物（wù）質在底物匱乏時能夠被（bèi）代謝產（chǎn）生能量或（huò）合成蛋白質。但是一（yī）些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能（néng）力不能完全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化（huà）氮假說
CASEY提出低負荷生物脫氮除（chú）磷工藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果（guǒ）缺氧區的反硝化不充（chōng）分（fèn），導致好氧區存在亞硝酸氮，那中（zhōng）間（jiān）產（chǎn）物NO、N2O就會抑製菌膠團的（de）好氧細胞色素，進而（ér）抑製其好氧情況下的基質利用，相反一些絲（sī）狀菌隻能將硝酸氮還原為亞硝酸（suān）氮，因此不會在反硝（xiāo）化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌（jun1）就（jiù）不會（huì）在（zài）好（hǎo）氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸（suān）與SVI有一定的正相關性。沉澱性能良好的汙泥粒徑（jìng）分布較廣，且以球菌（jun1）為主，膨脹汙泥的粒徑大都在10μm以內，汙（wū）泥較為細碎。
4、汙泥（ní）膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利（lì）於絲狀菌生（shēng）長（zhǎng），Daigger等人發現10℃容易導致絲狀（zhuàng）菌性汙泥膨脹，而汙水溫度提高到（dào）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，菌膠團活性減弱，生長受到抑製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成（chéng）為優勢（shì）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，真（zhēn）菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌（jun1）汙泥（ní）膨脹的（de）主要原因之一（yī），若DO成為限製因子，菌膠團生長受抑製，而絲狀菌因（yīn）具有巨大（dà）的比表麵積，更（gèng）易獲得溶（róng）解氧進行（háng）生長繁殖，在（zài）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（gāo）的比生長速率，這可以解釋（shì）基質限製、溶解氧限製和（hé）營養物質限製引起的汙泥膨脹現象。隻要（yào）溶解氧（yǎng）成為限製，任何負荷下都會發生汙泥膨脹。汙（wū）水處理中DO控製在2左右，太高太低都容易引起汙泥（ní）膨脹。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌（jun1）具有巨大的（de）比表麵積，低Ks，其對碳源有較強（qiáng）的親和（hé）力，優先利用碳源，造成（chéng）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（yǎng）化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀（zhuàng）菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙泥粘性膨脹。負荷分（fèn）布不均，好氧（yǎng）區一直處於低負荷（hé）運行狀態易造成絲狀（zhuàng）菌大（dà）量增殖。Li等人（rén）對膜生物反應器內汙（wū）泥負荷參數的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易（yì）引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將（jiāng）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脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強反硝化（huà）除磷作用，有效解決了汙泥膨（péng）脹。
高有機負荷下，反應器內底物充裕（yù），在這種情況中菌膠團比絲狀菌具（jù）有更強的吸附與存貯營養物質的（de）能力，能（néng）夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長（zhǎng）速率，抑製了絲（sī）狀菌的（de）生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以（yǐ）下，菌膠團在低溶氧（yǎng）的條件下增殖受到抑製，而絲狀菌由於其具有更大（dà）的比表麵積，即（jí）使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其（qí）增殖速率明（míng）顯高（gāo）於菌膠團，發生高負荷低DO下的汙泥膨脹；低負（fù）荷下由於長時（shí）間缺少足夠的營（yíng）養物質，菌膠團生長受到抑製，而絲狀菌具有（yǒu）較大（dà）的比表麵積，其菌絲會（huì）從菌膠（jiāo）團（tuán）中伸展出來（lái）以增加其攝取營養的表麵積。
由於研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結果也很不一致尤其是關於有機負荷與（yǔ）汙泥膨脹關係的說法也比（bǐ）較混亂。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（ní）膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下（xià）都可能發（fā）生膨脹（zhàng），Chudoba等人認為即使對於推流式（shì）曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷（hé）下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通（tōng）常認為汙水中BOD：N：P=100：5：1為微（wēi）生物的適宜比例。N、P含量不（bú）均衡的廢水（shuǐ），會引發絲狀菌（jun1）與非絲狀菌膨脹，絲（sī）狀菌膨脹：有研究發（fā）現在缺（quē）N的情況下，由於絲狀（zhuàng）菌具有巨大的比表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有（yǒu）較強的親和力，優先利用營養物質，造成競爭優勢；非絲狀菌汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時（shí），菌膠團未（wèi）能有充（chōng）分的N完成代謝，於（yú）是把有機（jī）物以高親水性的多糖胞（bāo）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（hún）合（hé）活性汙泥（ní）法會助（zhù）長絲狀菌的（de）過量生長，這可用痕量金屬缺乏（fá）症理（lǐ）論分析。由於絲狀菌具有比菌膠團更大的比表麵積，其在痕量金屬含量不足（zú）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（yǒu）毒工業廢水進入汙水廠時，活性汙泥中的微生物（wù）要出現中毒現象（xiàng），Novak在對非絲狀菌膨脹（zhàng）的研究中發現，菌膠團吸收汙水中的有毒物（wù）質後（hòu），粘性物質分泌（mì）減少（shǎo），生理活（huó）動出現（xiàn）異常（cháng），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，沉澱壓縮性（xìng）能差；SV值增大，有時達到百（bǎi）分之九十，SVI達到300以（yǐ）上;大（dà）量汙（wū）泥流失，出水渾濁;二次沉澱難以（yǐ）固液分離，回流汙泥（ní）濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法（fǎ）維持生化處理的正常工作。
汙泥膨脹是生化處理係統較為嚴重的（de）異常現象之一，它直接影響出水水質（zhì），並危害整個生化係統（tǒng）的運作。
汙泥膨脹的發生率是相（xiàng）當高的，在歐洲近50%的城（chéng）市汙（wū）水廠每年（nián）都（dōu）會（huì）有不同（tóng）程度的汙泥膨脹發（fā）生，在中國（guó）的發生率也（yě）非常高。基本上目前各種類型的活性（xìng）汙泥工藝都會發生（shēng）汙泥膨脹。汙泥（ní）膨（péng）脹不但（dàn）發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控製，通常都需要很長的時間（jiān）來調整。針對汙泥膨脹，各方麵的理論很多（duō），但並不完全一致，甚至有很（hěn）多相互矛盾，這給水處理工作者造成（chéng）很大的麻煩。
2、汙泥膨脹類型
1、非絲（sī）狀菌膨（péng）脹
非絲狀菌膨脹主要發生在廢水水溫較低而汙（wū）泥負荷（hé）太高的時候，此時（shí）細菌吸附了大量（liàng）有機物，來不及代謝，在胞（bāo）外（wài）積貯大量高粘性的（de）多糖物質，使得表（biǎo）麵附著物大量增加，很難沉澱（diàn）壓縮。而當氮嚴重缺乏（fá）時，也有可產（chǎn）生膨脹現象。因為若缺氮，微生物便於工作不能充分利用碳源合成細胞（bāo）物質，過量的碳（tàn）源將被轉化為多糖類胞外貯存物，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結合（hé）水，從而（ér）影響汙泥的沉降性能，產生高粘性的汙泥膨脹。非絲狀菌汙泥膨脹發生時其生化處理（lǐ）效能仍較高，出水也還比較清澈，汙泥鏡檢（jiǎn）也看不到絲狀菌。非絲（sī）狀菌膨脹發生情況較少，且危害並不十分嚴重。
2、非（fēi）絲狀菌膨脹
絲狀（zhuàng）菌膨脹在日常實際工作中較（jiào）為常（cháng）見，成因也十分複雜。影響絲狀菌汙泥膨脹的因素有很多，*先應該認識到（dào）的是（shì）活性汙泥（ní）是一個混合培養係統，其中至少存在（zài）著30種可能引起汙泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在（zài）與活性膠團係統共生的關係（xì）中是不可缺少（shǎo）的一類（lèi）重要微生物。它的存在對淨化（huà）汙水起著很好的作用。它對保持汙泥的絮體（tǐ）結構，保持生化處理（lǐ）的淨化效率，及在沉澱中起著對懸浮物（wù）的過濾作用等都（dōu）有很重要（yào）的意義（yì）。事實也（yě）證（zhèng）明在絲狀菌與菌膠團細菌平衡時是不會產生汙（wū）泥膨脹，隻（zhī）有當絲（sī）狀菌生（shēng）長超過菌膠團細菌時，才會（huì）出現汙泥膨脹現象。
3、汙泥（ní）膨脹幾種（zhǒng）理論
1、A/V假說
當混合液中基質收到限製或控製時（shí），由於比表麵積大的絲狀菌獲取基質的能力要強（qiáng）於菌膠團，因而菌膠（jiāo）團受到抑製，絲狀菌大量（liàng）繁殖；
2、動力選擇性（xìng）理論
以微生物生長動力學為（wéi）基礎，根據（jù）不同種類微（wēi）生物具有不（bú）同的*大比生長速率和飽和常數，分析絲狀菌與（yǔ）菌膠團（tuán）的（de）競爭情況（kuàng）；
3、饑餓假（jiǎ）說
將活性汙泥中微生物分為三類（lèi），*類是菌膠團細菌，第二類（lèi）是具有高基質親和力但生長（zhǎng）緩慢的耐饑餓絲狀菌，第三類是對溶解氧（yǎng）有高親和力、對饑餓高度敏感的快速生長（zhǎng）絲狀菌；
4、存儲選擇理論
在底物風度的狀態下，非絲狀菌具有貯存底物的能力，而被貯存物（wù）質在底物匱乏時能夠被（bèi）代謝產（chǎn）生能量或（huò）合成蛋白質。但是一（yī）些絲狀菌也具有底物貯存能力，底物貯存能（néng）力不能完全用來解釋汙泥膨脹機理；
5、氮氧化（huà）氮假說
CASEY提出低負荷生物脫氮除（chú）磷工藝的汙泥膨（péng）脹假說，如果（guǒ）缺氧區的反硝化不充（chōng）分（fèn），導致好氧區存在亞硝酸氮，那中（zhōng）間（jiān）產（chǎn）物NO、N2O就會抑製菌膠團的（de）好氧細胞色素，進而（ér）抑製其好氧情況下的基質利用，相反一些絲（sī）狀菌隻能將硝酸氮還原為亞硝酸（suān）氮，因此不會在反硝（xiāo）化條件下胞內積累NO和N2O，絲狀菌（jun1）就（jiù）不會（huì）在（zài）好（hǎo）氧段被抑製，因而更具競爭優勢。亞硝酸（suān）與SVI有一定的正相關性。沉澱性能良好的汙泥粒徑（jìng）分布較廣，且以球菌（jun1）為主，膨脹汙泥的粒徑大都在10μm以內，汙（wū）泥較為細碎。
4、汙泥（ní）膨脹的影響因素
1、溫度
低溫有利（lì）於絲狀菌生（shēng）長（zhǎng），Daigger等人發現10℃容易導致絲狀（zhuàng）菌性汙泥膨脹，而汙水溫度提高到（dào）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，菌膠團活性減弱，生長受到抑製，但絲狀菌能大量繁殖，取代菌膠團成（chéng）為優勢（shì）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，真（zhēn）菌完全占優勢。
3、DO
低DO是引起絲狀菌（jun1）汙泥（ní）膨脹的（de）主要原因之一（yī），若DO成為限製因子，菌膠團生長受抑製，而絲狀菌因（yīn）具有巨大（dà）的比表麵積，更（gèng）易獲得溶（róng）解氧進行（háng）生長繁殖，在（zài）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（gāo）的比生長速率，這可以解釋（shì）基質限製、溶解氧限製和（hé）營養物質限製引起的汙泥膨脹現象。隻要（yào）溶解氧（yǎng）成為限製，任何負荷下都會發生汙泥膨脹。汙（wū）水處理中DO控製在2左右，太高太低都容易引起汙泥（ní）膨脹。
4、F/M
低負荷情況下，由於絲狀菌（jun1）具有巨大的（de）比表麵積，低Ks，其對碳源有較強（qiáng）的親和（hé）力，優先利用碳源，造成（chéng）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（yǎng）化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進水曝氣池中；低負荷容易引發絲狀（zhuàng）菌汙泥膨脹，高負荷容易引發汙泥粘性膨脹。負荷分（fèn）布不均，好氧（yǎng）區一直處於低負荷（hé）運行狀態易造成絲狀（zhuàng）菌大（dà）量增殖。Li等人（rén）對膜生物反應器內汙（wū）泥負荷參數的影響研究表明，當F/M<0.2kg/kg.d時，容易（yì）引發汙泥膨脹；Pan和Su等人將（jiāng）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脹；而Laitinen和Luonis等人則是利用缺氧選擇器，加強反硝化（huà）除磷作用，有效解決了汙泥膨（péng）脹。
高有機負荷下，反應器內底物充裕（yù），在這種情況中菌膠團比絲狀菌具（jù）有更強的吸附與存貯營養物質的（de）能力，能（néng）夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長（zhǎng）速率，抑製了絲（sī）狀菌的（de）生長，但是如果DO濃度不夠，在0.5mg/L以（yǐ）下，菌膠團在低溶氧（yǎng）的條件下增殖受到抑製，而絲狀菌由於其具有更大（dà）的比表麵積，即（jí）使在低溶氧的條件下也能獲得氧，其（qí）增殖速率明（míng）顯高（gāo）於菌膠團，發生高負荷低DO下的汙泥膨脹；低負（fù）荷下由於長時（shí）間缺少足夠的營（yíng）養物質，菌膠團生長受到抑製，而絲狀菌具有（yǒu）較大（dà）的比表麵積，其菌絲會（huì）從菌膠（jiāo）團（tuán）中伸展出來（lái）以增加其攝取營養的表麵積。
由於研究者的研究背景和研究條件不盡相同，研究結果也很不一致尤其是關於有機負荷與（yǔ）汙泥膨脹關係的說法也比（bǐ）較混亂。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（ní）膨脹，Palm等人認為根據負荷不同，在任何DO濃度條件下（xià）都可能發（fā）生膨脹（zhàng），Chudoba等人認為即使對於推流式（shì）曝氣池，雖然沿吃長方向存在著高的濃度梯度，但在高負荷（hé）下也會發生汙泥膨脹。
5、N、P營養物質
通（tōng）常認為汙水中BOD：N：P=100：5：1為微（wēi）生物的適宜比例。N、P含量不（bú）均衡的廢水（shuǐ），會引發絲狀菌（jun1）與非絲狀菌膨脹，絲（sī）狀菌膨脹：有研究發（fā）現在缺（quē）N的情況下，由於絲狀（zhuàng）菌具有巨大的比表麵積，低Ks，其對N、P等營養物質有（yǒu）較強的親和力，優先利用營養物質，造成競爭優勢；非絲狀菌汙泥膨脹：BOD5/N為100:3時（shí），菌膠團未（wèi）能有充（chōng）分的N完成代謝，於（yú）是把有機（jī）物以高親水性的多糖胞（bāo）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（hún）合（hé）活性汙泥（ní）法會助（zhù）長絲狀菌的（de）過量生長，這可用痕量金屬缺乏（fá）症理（lǐ）論分析。由於絲狀菌具有比菌膠團更大的比表麵積，其在痕量金屬含量不足（zú）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（yǒu）毒工業廢水進入汙水廠時，活性汙泥中的微生物（wù）要出現中毒現象（xiàng），Novak在對非絲狀菌膨脹（zhàng）的研究中發現，菌膠團吸收汙水中的有毒物（wù）質後（hòu），粘性物質分泌（mì）減少（shǎo），生理活（huó）動出現（xiàn）異常（cháng），可能引起汙泥膨脹。
