高负荷污泥膨胀机理

对于运行条件对膨胀的影响，人们的认识很不一致。在实际生产的报道中负荷低会引起膨胀，负荷高也会引起膨胀；低溶解氧会引起膨胀，高溶解氧也会引起膨胀；完全混合曝气池会发生膨胀，推流式曝气池也会发生膨胀；低C∶N比(或C∶P比)引起膨胀，高C∶N比(或C∶P 比)也会引起膨胀等等。

由于很多因素会造成污泥膨胀，对膨胀的报道众说纷纭，使得人们对于污泥膨胀问题望而生畏。污泥膨胀问题是污水处理工艺中相对比较复杂的一个问题。造成这种现象的原因是多方面的，首先，引起污泥膨胀的丝状菌达30多种，所以实际活性污泥膨胀问题异常复杂。

高负荷膨胀也叫非丝状菌膨胀，因为不是丝状菌过量繁殖导致的膨胀，但是膨胀表现却和丝状菌膨胀的情形差不多，都具有沉淀性能严重下降，二沉池跑泥严重，SV最高可达90%。

具体说下两者的区别，非丝状菌膨胀是因为过高的碳源进入系统，在高基质下，细菌吸附的碳源代谢不了，并在细菌表面分泌出亲水性多糖，并部分进入系统，细菌处于对数期，这时候细菌具有最强的活性，导致菌胶团解体。

丝状菌膨胀是因为丝状菌的过渡繁殖，丝状菌伸出菌胶团，并与其相邻的丝状菌形成松散的絮团，导致絮团密度减少严重影响沉降性能。

其中最明显的表观区别是：丝状菌膨胀和非丝膨胀在曝气池区别是一个是浮泥，一个是泡沫！

高负荷污泥膨胀的控制

1.负荷和溶解氧的影响

采用城市污水负荷为0./(·d)～0./(·d)，溶解氧浓度1.0mg/L～2.0mg/L，污泥龄为20天的完全混合曝气池(截面积1.0m2，高3.0m)。第一阶段由于丝状菌的过度增殖，SVI从280mL/g上升到800mL/g，污泥浓度下降至0.68g/L，二沉池中污泥不断流失。

一般认为在溶解氧为1.0mg/L～2.0mg/L条件下运行的曝气池不会发生污泥膨胀，而试验中溶解氧浓度一直维持在这一水平，仍然发生了污泥膨胀。在第二阶段，从第16天提高溶解氧浓度至3.0mg/L～5.0mg/L(平均4mg/L)可以观察到SVI很缓慢地逐渐下降，污泥浓度不断上升，在大约25天后，污泥浓度逐渐回升到1.5g/L，这时SVI下降到300mL/g。

一般污泥膨胀发生速度很快，只要2～3天，而膨胀污泥的恢复很缓慢，往往需要3倍泥龄以上的时间。在一个污泥龄的时间内，观察到污泥沉降性能的明显改善。

2.加填料控制污泥膨胀

在生产性曝气池头部加占总池容15%软填料，与传统工艺不加填料时的SVI对比。加设软性填料系统总停留时间为4h，负荷在0./(·d)～0./(·d)之间。

在曝气池供氧充足的条件下(气水比(3.7～5)∶1)，加填料可很好地控制膨胀现象。 传统曝气池在相同条件下的运行，在后期停留时间延长1倍。负荷降低1倍，SVI仍在200mL/g ～500mL/g之间，远高于加填料系统(SVI平均在100mL/g左右)。从填料池的分析来看，填料上附着生长的微生物以硫丝菌、021N型菌丝状菌为主。填料池对有机酸的去除率高达80%，对COD去除率为50%，H2S从3.67mg/L降至0.77mg/L。从而去除了丝状菌的生长促进因素，有利于絮状菌的生长。

事实上，填料池也相当一个选择器，其将丝状菌固着于填料上在第一个池子中选择性地充分生长，但不进入活性污泥絮体之中。而絮状菌在第二个池内生长，从而避免了污泥膨胀的发生。其主要的作用是降低污水的有机负荷，菌膜的脱落是次要因素。对于有机负荷的降低，是从两方面进行，首先是对有机物的直接去除，这个作用在分设的填料池中最为明显。其次是填料上生长的微生物量，增加了系统中总的生物量，从而降低了有机负荷。加填料控制污泥膨胀的方法很简单，但缺点是增加了一定的投资，还有填料的更换问题。一般适宜小型污水处理厂使用，而大型污水处理厂一般不宜采用。

3.池型和曝气强度对污泥膨胀的影响

对城市污水在高负荷下进行如下对比试验，负荷同为0./(·d)～0.8kgBO D5/(·d)，停留时间为4h，气、水比为(3.4～5)∶1。在试验中发现呈推流式曝气的SVI要比同样运转条件下的完全混合曝气池的高100左右。

在试验中气、水比为3.5∶1的情况下，推流式曝气池的SVI上升到450mL/g左右，二沉池污泥面不断上升，污泥溢流，发生污泥膨胀。强制排泥后，污泥浓度不断下降。这时增加曝气量之后，虽SVI略有下降，但由于污泥浓度恢复较慢。负荷比初始值要大的多，接近1./(·d)，SVI最终仍在350mL/g左右。

这个试验不但说明了溶解氧(宏观)在控制污泥膨胀中的重要作用，同时说明曝气池中实际 (微观)的溶解氧浓度的不同对于膨胀的影响。在两个池子停留时间、曝气量、水质、负荷等完全一致的情况下，产生差别的原因是由于推流式曝气池首端的溶解氧浓度，在整个试验期间里一直等于零。而在完全混合曝气池中溶解氧浓度为2.0mg/L。这表明在高负荷的曝气池的运转中，推流式曝气池不利于改善污泥沉降性能。因为当污水中存在大量容易降解的物质，使得曝气池氧的利用速率加快。造成氧的供应速率低于氧的利用速率，特别是在曝气池头部更加严重。

在这种情况下使氧成为限制因素，即使在曝气池其它部位溶解氧浓度为1.0mg /L～2.0mg/L仍然发生膨胀。其原因在于首端负荷过高，严重缺氧造成丝状菌从絮体中伸展出来争夺氧气，同时在后段的丝状菌由于可以从主体溶液中直接吸取营养，比絮体本身中的菌胶团菌有更高的生长速率，从而得到充分的增殖(充分伸展的丝状菌阻碍了污泥的沉降)而造成了膨胀。从试验结果来看，在曝气池头部的溶解氧保持在2.0mg/L(强化曝气或再生池) ，可以有效地控制污泥膨胀。

回流污泥射流强化曝气

在以上研究和分析的基础上，在推流曝气池的首端采用回流污泥经过射流曝气器进行强化曝气，并辅以原有的中微孔曝气器，这时首端小池的溶解氧从零提高到1.6mg/L，解决了首端供氧不足的矛盾。因而，SVI值不断下降至160mL/g，这时射流携带空气量很小。

通过对回流污泥单独射流和增加曝气量的试验结果的比较，可以得出如下结论：回流污泥射流对于污泥膨胀的控制作用，不是由于射流过程中对于絮体的切割，造成丝状菌长度及生态环境变化而造成的结果，而是由射流过程中高的传质效率，提供了充足的溶解氧。

在曝气池首端造成了有利于菌胶团菌生长的条件，抑制了丝状菌的生长，从而控制了污泥膨胀。在首端强化曝气可采用回流污泥射流，也可采用加大首端曝气强度(供气量)。从试验结果来看，其对污泥膨胀的控制作用是十分有效的。这就为高负荷类型的污泥膨胀的控制提供了多种选择方案。