【摘 要】本文就目前可能使污水处理厂污泥膨胀的原因进行了分析，讨论其可能的成因及控制和改善措施。
【关键词】污水处理；污泥膨胀；解决措施
近年来，人们生活水平日益提高，水体富营养化问题在全球范围内引起广泛关注。污水处理技术逐渐从最初的单一去除有机物为目的发展到目前既要去除有机物又要重视脱氮除磷，处理深度日益加深，以控制富营养化为目的的脱氮除磷技术在当今污水处理的研究中被广泛关注，其中，曝气池的运行是污水处理的中心环节，它直接关系到污水处理厂出水好坏，更关系到生产成本的高低。如果管理不善，可能出现水处理系统崩溃。废水生物处理是将废水中有机物进行降解或转化的方法，该方法是通过微生物的新陈代谢作用实现的。生物处理中由于主要依靠微生物对污水中的物质进行新陈代谢作用， 因此废水生物处理的关键是要使微生物尽可能多的被存留下来，这些微生物必须以成堆地以絮凝体的形式存在，以便泥水分离的时候能更好地与净化之后的废水分离。当活性污泥的凝聚性和沉降性使处理后的水出现了混浊现象， 此现象被称为活性污泥膨胀。污泥膨胀的后果是： 污泥流失将耗费大量的人力物力， 水质恶化则降低了对污水的处理效果，甚至严重者会导致工艺无法正常运行，因此解决污泥膨胀问题在生物处理废水的工艺中不容忽视。
1、污泥膨胀的成因
（1）污泥膨胀的理论分析
实际上凡是活性污泥几乎都含丝状菌， 它们在活性污泥中与正常微生物种群共同存在着， 少量的丝状菌的存在不仅不构成危害，甚至还有利于活性污泥絮体的稳定， 污泥膨胀是只有当丝状菌过量繁殖时才出现，在两类竞争微生物共存的情况下可遵循Monod 方程
μ= μmax（S1K1 + S1） （S2K2+ S2） …（SnKn+ Sn） （ 1）
式中： μmax ---微生物最大生长比速率；
μ---增殖速率；
Si---第i 种底物浓度， mg/L；
Ki---第i 种底物亲加力， mg/L。
由上式我们可以看出， Monod 方程可以解释由底物浓度、溶解氧和营养物缺乏而引起的膨胀等问题，但缺乏N时， 在缺少碳源的情况下微生物很难合成细胞物质而产生高粘性膨胀，这点不属于丝状菌污泥膨胀范畴，另外，pH的影响， 可在动力学方程参数的基础上， 以动力学常数的乘积因子的形式进行耦合。而H2S一般会随着污水厌氧发酵的过程同时出现，此时归为Do 浓度低而引起的膨胀类型， 从而广义的Monod动力学模型可以在一定程度上很好地诠释膨胀的理论。对于一般城市污水一般不缺乏N、P以及其它营养元素， 故上述Monod 方程可简化为：
μ= μmax·S/（Ks+ S）（ 2）
式中： μ、μmax 同（ 1） 式；
S--- 限制底物浓度， mg/L；
Ks---饱和常数：数值为在μ= 0. 5μmax时的底物浓度， mg/L。
Ks 的浓底一般很低，对某些微生物来说其作用的物质不同决定了Ks， 不同的微生物种属Ks 不同，通常丝状菌增殖的动力学常数μmax 和Ks1均小于胶团菌属的μmax2和Ks2。这两类细菌的比增殖速率与底物浓度的关系如图（ 1） 所示，由图可知丝状菌在低底物浓度下比胶团菌的增殖速率快，而在高底物浓度下胶团菌属增殖得慢，也因为其μmax较小。所以高污泥龄、低负荷、且有机物浓度较低时，是活性污泥中丝状菌比我们所需要的微生物更适宜生长的主要原因。
（2）丝状菌污泥膨胀
丝状细菌比菌胶团细菌表面积更大并且有更低的酶饱和系数， 当池内溶解氧浓度过低、pH 值小于7 时， 十分有利于丝状菌的大量生长， 而对正常的异养细菌或自养细菌（如硝化细菌）的生长则不利。理论上只有在溶解氧比较充足的情况下（2～4mg/L） 菌胶团细菌才可能正常生长，丝状菌比絮状细菌对氧的需求量的范围更广， 从而能在低溶解氧下迅速繁殖造成溶解氧的迅速消耗， 当溶解氧低于1.0mg/L 时， 菌胶团细菌受到很大抑制， 丝状菌却能很好地繁殖， 从而引起污泥膨胀[2]。
（3）非丝状菌污泥膨胀
活性污泥中菌胶团细菌体内大量积累高粘性多糖类物质导致非丝状菌污泥膨胀形成。这些高粘性的糖类物质的羟基具有很强的亲水性， 可使活性污泥结水率高达400%，因此从表面上看其体积有显著增大，污泥絮体中絮状菌较多，而丝状菌很少甚至看不到，污泥絮体松散不易沉降，压缩性能变差，从而导致出水混浊， 出水水质恶化。容易发生污泥膨胀的情况主要有以下几种： ① 含有毒物质的废水；②氮磷含量不平衡的废水；③硫化氢含量高的废水；④溶解氧浓度太低，不能满足要求的废水；⑤pH 或高或低的废水；⑥水温过高或过低的废水；⑦污泥龄过长以至于营养物不足的废水；⑧曝气池混合液受到冲击负荷的废水。
2、普遍情况下污泥膨胀解决措施
（1）灭菌法是指向发生丝状菌膨胀的污泥中投加化学药剂， 杀灭或抑制丝状菌， 从而达到控制污泥膨胀的目的。常用的化学药剂有Cl2、H2O2、O3 等。在污水处理的运行中氯气是目前最常用的消毒剂，因此在污水的处理中通常加氯来控制丝状菌污泥膨胀，通常向回流污泥中投加， 投加量一般为2～ 10 kg Cl2/ 1000 kg 干污泥。由于Cl2、H2O2、O3 等不仅能杀灭丝状菌， 也能杀伤菌胶团细菌， 同时投氯还可能产生大量的有机氯化物造成二次污染，灭菌法也无法彻底解决污泥膨胀问题，一旦停止加药污泥膨胀现象又会出现，它也只能作为一种应急措施使用。
（2）代谢控制方法就是利用两类微生物的不同代谢机制， 造成有利于菌胶团微生物生长的环境条件， 而抑制丝状菌微生物的过量生长， 使二者维持在合适的比例范围内。生物选择器目前被广泛用来控制代谢，它的设计原理就是改变曝气池中的生态环境使之有利于选择性地发展菌胶团细菌， 利用生物的种间竞争来控制丝状菌的过度增殖， 从而控制污泥膨胀。
（3）控制污泥在生化池和二沉池的停留时间， 合理控制污泥停留时间， 防止污泥的过氧化， 同时防止池内的污泥流失。
（4）进水中可采用分点进水， 一部分进入初沉池， 一部分进水直接进入曝气池，使原进水中的可沉淀固体并入活性污泥絮体中， 进而提高污泥沉降性能。
（5）在工艺参数的操作和调节上， 可以结合多种方式的回流， 稀释进入生化池水的污染物浓度，还可以实现反硝化的目的。
参考文献：
[1]赵海霞.污泥膨胀的影响因素、理论探讨与控制对策[J].《山东环境》2001 年总第105 期.
[2]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： 37- 88.
【关键词】污水处理；污泥膨胀；解决措施
近年来，人们生活水平日益提高，水体富营养化问题在全球范围内引起广泛关注。污水处理技术逐渐从最初的单一去除有机物为目的发展到目前既要去除有机物又要重视脱氮除磷，处理深度日益加深，以控制富营养化为目的的脱氮除磷技术在当今污水处理的研究中被广泛关注，其中，曝气池的运行是污水处理的中心环节，它直接关系到污水处理厂出水好坏，更关系到生产成本的高低。如果管理不善，可能出现水处理系统崩溃。废水生物处理是将废水中有机物进行降解或转化的方法，该方法是通过微生物的新陈代谢作用实现的。生物处理中由于主要依靠微生物对污水中的物质进行新陈代谢作用， 因此废水生物处理的关键是要使微生物尽可能多的被存留下来，这些微生物必须以成堆地以絮凝体的形式存在，以便泥水分离的时候能更好地与净化之后的废水分离。当活性污泥的凝聚性和沉降性使处理后的水出现了混浊现象， 此现象被称为活性污泥膨胀。污泥膨胀的后果是： 污泥流失将耗费大量的人力物力， 水质恶化则降低了对污水的处理效果，甚至严重者会导致工艺无法正常运行，因此解决污泥膨胀问题在生物处理废水的工艺中不容忽视。
1、污泥膨胀的成因
（1）污泥膨胀的理论分析
实际上凡是活性污泥几乎都含丝状菌， 它们在活性污泥中与正常微生物种群共同存在着， 少量的丝状菌的存在不仅不构成危害，甚至还有利于活性污泥絮体的稳定， 污泥膨胀是只有当丝状菌过量繁殖时才出现，在两类竞争微生物共存的情况下可遵循Monod 方程
μ= μmax（S1K1 + S1） （S2K2+ S2） …（SnKn+ Sn） （ 1）
式中： μmax ---微生物最大生长比速率；
μ---增殖速率；
Si---第i 种底物浓度， mg/L；
Ki---第i 种底物亲加力， mg/L。
由上式我们可以看出， Monod 方程可以解释由底物浓度、溶解氧和营养物缺乏而引起的膨胀等问题，但缺乏N时， 在缺少碳源的情况下微生物很难合成细胞物质而产生高粘性膨胀，这点不属于丝状菌污泥膨胀范畴，另外，pH的影响， 可在动力学方程参数的基础上， 以动力学常数的乘积因子的形式进行耦合。而H2S一般会随着污水厌氧发酵的过程同时出现，此时归为Do 浓度低而引起的膨胀类型， 从而广义的Monod动力学模型可以在一定程度上很好地诠释膨胀的理论。对于一般城市污水一般不缺乏N、P以及其它营养元素， 故上述Monod 方程可简化为：
μ= μmax·S/（Ks+ S）（ 2）
式中： μ、μmax 同（ 1） 式；
S--- 限制底物浓度， mg/L；
Ks---饱和常数：数值为在μ= 0. 5μmax时的底物浓度， mg/L。
Ks 的浓底一般很低，对某些微生物来说其作用的物质不同决定了Ks， 不同的微生物种属Ks 不同，通常丝状菌增殖的动力学常数μmax 和Ks1均小于胶团菌属的μmax2和Ks2。这两类细菌的比增殖速率与底物浓度的关系如图（ 1） 所示，由图可知丝状菌在低底物浓度下比胶团菌的增殖速率快，而在高底物浓度下胶团菌属增殖得慢，也因为其μmax较小。所以高污泥龄、低负荷、且有机物浓度较低时，是活性污泥中丝状菌比我们所需要的微生物更适宜生长的主要原因。
（2）丝状菌污泥膨胀
丝状细菌比菌胶团细菌表面积更大并且有更低的酶饱和系数， 当池内溶解氧浓度过低、pH 值小于7 时， 十分有利于丝状菌的大量生长， 而对正常的异养细菌或自养细菌（如硝化细菌）的生长则不利。理论上只有在溶解氧比较充足的情况下（2～4mg/L） 菌胶团细菌才可能正常生长，丝状菌比絮状细菌对氧的需求量的范围更广， 从而能在低溶解氧下迅速繁殖造成溶解氧的迅速消耗， 当溶解氧低于1.0mg/L 时， 菌胶团细菌受到很大抑制， 丝状菌却能很好地繁殖， 从而引起污泥膨胀[2]。
（3）非丝状菌污泥膨胀
活性污泥中菌胶团细菌体内大量积累高粘性多糖类物质导致非丝状菌污泥膨胀形成。这些高粘性的糖类物质的羟基具有很强的亲水性， 可使活性污泥结水率高达400%，因此从表面上看其体积有显著增大，污泥絮体中絮状菌较多，而丝状菌很少甚至看不到，污泥絮体松散不易沉降，压缩性能变差，从而导致出水混浊， 出水水质恶化。容易发生污泥膨胀的情况主要有以下几种： ① 含有毒物质的废水；②氮磷含量不平衡的废水；③硫化氢含量高的废水；④溶解氧浓度太低，不能满足要求的废水；⑤pH 或高或低的废水；⑥水温过高或过低的废水；⑦污泥龄过长以至于营养物不足的废水；⑧曝气池混合液受到冲击负荷的废水。
2、普遍情况下污泥膨胀解决措施
（1）灭菌法是指向发生丝状菌膨胀的污泥中投加化学药剂， 杀灭或抑制丝状菌， 从而达到控制污泥膨胀的目的。常用的化学药剂有Cl2、H2O2、O3 等。在污水处理的运行中氯气是目前最常用的消毒剂，因此在污水的处理中通常加氯来控制丝状菌污泥膨胀，通常向回流污泥中投加， 投加量一般为2～ 10 kg Cl2/ 1000 kg 干污泥。由于Cl2、H2O2、O3 等不仅能杀灭丝状菌， 也能杀伤菌胶团细菌， 同时投氯还可能产生大量的有机氯化物造成二次污染，灭菌法也无法彻底解决污泥膨胀问题，一旦停止加药污泥膨胀现象又会出现，它也只能作为一种应急措施使用。
（2）代谢控制方法就是利用两类微生物的不同代谢机制， 造成有利于菌胶团微生物生长的环境条件， 而抑制丝状菌微生物的过量生长， 使二者维持在合适的比例范围内。生物选择器目前被广泛用来控制代谢，它的设计原理就是改变曝气池中的生态环境使之有利于选择性地发展菌胶团细菌， 利用生物的种间竞争来控制丝状菌的过度增殖， 从而控制污泥膨胀。
（3）控制污泥在生化池和二沉池的停留时间， 合理控制污泥停留时间， 防止污泥的过氧化， 同时防止池内的污泥流失。
（4）进水中可采用分点进水， 一部分进入初沉池， 一部分进水直接进入曝气池，使原进水中的可沉淀固体并入活性污泥絮体中， 进而提高污泥沉降性能。
（5）在工艺参数的操作和调节上， 可以结合多种方式的回流， 稀释进入生化池水的污染物浓度，还可以实现反硝化的目的。
参考文献：
[1]赵海霞.污泥膨胀的影响因素、理论探讨与控制对策[J].《山东环境》2001 年总第105 期.
[2]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： 37- 88.