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浅谈污水厂冬季运行中污泥膨胀及其控制措施

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：张媛媛乔翮斐徐琼

[导读] 在污水处理厂运行过程中，冬季时污泥膨胀一直是一个难点问题。目前，虽然对污泥膨胀的的成因以及控制措施方面的研究很透彻，但就冬季污泥膨胀方面的研究却不多。

延安水务环保集团水环境治理有限公司张媛媛乔翮斐徐琼陕西省延安市 716000

摘要：在污水处理厂运行过程中，冬季时污泥膨胀一直是一个难点问题。目前，虽然对污泥膨胀的的成因以及控制措施方面的研究很透彻，但就冬季污泥膨胀方面的研究却不多。本文以冬季污泥膨胀为研究切入点，分析了冬季污水处理厂运行时发生污泥膨胀的原因及控制污泥膨胀的措施，希望能够提供相关参考。
关键词：冬季运行；污水厂；污泥膨胀；影响及控制
        引言
        污水处理厂冬季运行具有低温时间长、水温低、进水污染物浓度高、污泥活性较弱等特点，增加了污水处理的难度，因而，进入冬季运行时，极易发生污泥膨胀。污泥膨胀一般分为丝状菌性污泥膨胀和非丝状菌性污泥膨胀两类，其中90%是由丝状菌引起的，只有10%左右是由非丝状菌引起的。研究表明，低溶解氧浓度、低负荷(F／M)、高BOD／N和高BOD／P、高硫化物浓度、低温等条件都有可能引起不同丝状菌的过度生长。但污水处理厂的实际情况非常复杂，污泥膨胀通常会在多因素共同作用下突然发生，而且不同污水处理厂，甚至同一污水厂不同时期发生污泥膨胀时优势丝状菌都有可能不同，因此污泥膨胀的早期预警及模型建立仍是一个难题。
下面就主要针对丝状菌性污泥膨胀及其控制措施做些论述，并结合污水厂自身运行管理来应对冬季运行的一切不利因素，以确保污水厂冬季高效运行，进而使出水水质稳定达标、足额减排。
        1.污泥膨胀的机理
        1.1丝状菌性污泥膨胀
        丝状菌过度增殖引起的污泥膨胀较为常见，成因也十分复杂。影响丝状菌污泥膨胀的因素有很多，但我们首先应该认识到的是活性污泥是一个混合培养系统，其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。而丝状菌在与活性菌胶团共生的关系中是不可缺少的一类重要微生物，当丝状菌与菌胶团细菌平衡时是不会产生污泥膨胀，只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，才会出现污泥膨胀现象。对正常的活性污泥来说，它们两者之间有一个适当的比例关系。如果丝状菌生长繁殖过多，菌胶团的生长繁殖将受到抑制，过度增殖的丝状菌伸出污泥表面之外，使得絮体松散，沉淀性能恶化，污泥体积膨胀，污泥沉降比和污泥体积指数都很高，这就是丝状菌性污泥膨胀。这一类污泥膨胀不但发生率高，发生普遍，而且一旦发生难以控制，通常需要很长的时间来调整。
        1.2非丝状菌性污泥膨胀
        非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高的时候，此时细菌吸附了大量有机物，来不及代谢，在胞外积聚大量高粘性的多糖物质，使得表面附着物大量增加，很难沉淀压缩。而当氮严重缺乏时，微生物不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源被转换为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高密度亲水型化合物，易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高粘性的污泥膨胀。非丝状菌污泥膨胀发生时其生化处理效果仍较高，出水也还比较清澈，镜检也看不到过量增殖的丝状菌，在实际工作中，由非丝状菌引起的污泥膨胀，在第二天都有可能恢复正常，一般来说，非丝状菌污泥膨胀发生的情况较少，且危害并不十分严重。
        2.冬季污泥膨胀影响因素
        2.1进水水质
        在污水生物处理中，污水本身就是微生物的培养基。因此，污水水质和微生物的生理活动关系十分密切。从上面提到的两种污泥膨胀来看，无不与微生物的生理活动有关。即污泥膨胀或是和微生物增殖有关（如丝状菌性污泥膨胀），或者是由于代谢产物积蓄之故（如非丝状菌性污泥膨胀）。由此可见，污水水质是污泥膨胀成因中极为重要的因素。
        2.2温度
        影响微生物生长的最主要环境因素是温度。不同的微生物适应不同的温度，一般可以分为低温性、中温性和高温性。污水处理中多数微生物都属于中温微生物，最适温度范围为２０－３７°Ｃ。一般在秋冬季节变化期间，因水温骤降往往容易发生污泥膨胀。研宄表明，一些丝状菌如更能适应低温条件，相对菌胶团菌产生竞争优势，引起污泥膨胀。另外在低温条件下，由于微生物代谢速率降低，部分有机物被转化为多糖类胞外聚合物，集聚在污泥絮体颗粒表面。这些多糖类粘性物质会吸附大量结合水，降低污泥的沉降与脱水性能，从而引起污泥膨胀。Daigger等人研究表明，在其他条件不变的情况下，10℃时系统会发生严重的污泥膨胀现象，而将污水温度提高到22℃则不再产生膨胀现象，这也是大多数活性污泥在冬季发生污泥膨胀的原因之一[1]。Knoop等人通过观察丝状菌在低温下的生长情况，认为低温有利于其生长繁殖。
        2.3溶解氧
        研究表明，不同的微生物对溶解氧的要求亦是不同的。曝气池在低溶解氧条件下，易发生污泥膨胀。由于溶解氧浓度较低，大部分好氧菌几乎无法继续生长繁殖。而丝状菌的菌丝较长，比表面积大，对溶解氧的亲和力远大于菌胶团菌，更易获得溶解氧并迅速生长繁殖。另外，丝状菌即使长时间处于缺氧状态下，仍然不会失活，一旦恢复好氧状态，它们又会重新迅速生长繁殖，并成为优势菌属。据实际经验一般应将溶解氧控制在不低于2 mg/L的水平，如2～4 mg/L，过高亦是没有必要的。

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        2.4pH值
        活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5~8.5；pH值低于6.5时，利于真菌生长繁殖；pH值低至4.5时，真菌将完全占优，活性污泥絮体遭到破坏，导致丝状菌繁殖而引起污泥膨胀，继而引起处理的水质恶化。
        2.5运行参数
        在实际运行中，污水处理系统的运行参数也会对污泥沉降性能产生影响。具体来讲，污泥膨胀的发生主要受到污泥负荷、泥龄、曝气量与曝气方式等影响。污泥负荷是影响污泥膨胀的最重要参数，过髙或过低的污泥负荷均会引起污泥膨胀。负荷过高会造成相对缺氧的环境，该环境下菌胶团菌的生长受到抑制，一些耐低氧的丝状菌大量繁殖，从而引起丝状菌膨胀。另外，高负荷低温下运行，也会因多糖类胞外聚合物的积累引起非丝状菌膨胀。负荷过低会使系统处于寡碳源环境，此环境下丝状菌更能充分吸收有机物，产生竞争优势，引起污泥膨胀。此外，负荷的大幅波动即冲击负荷，也会引起污泥膨胀。因为负荷波动会造成系统运行失衡，而丝状菌更易于适应这种状态。
        3.冬季控制污泥膨胀的措施
        3.1加强保温措施
        北方冬季低温条件使得活性污泥中的微生物受到影响，从而影响污水处理效率。通过添加保温措施，可提高污水温度从而提高污泥中的微生物活性。
        （1）保证设备连续运转，避免外露设施上冻，一旦出现故障，及时排空；
        （2）对厌氧池，缺氧池，好氧池及氧化沟池顶加盖，一能除臭，二能保温；
        （3）对各地上管道设施采用电伴热缠绕，保温棉包裹等方式对污水进行保温，避免污水温度过低进入各处理阶段；
        （4）加药间安装暖气供暖，悬挂棉门帘，以确保药剂充分溶解，同时避免药剂低温进入生化池。
        3.2调整工艺参数以适应低温环境
        通过适当的工艺优化调整来降低低温对活性污泥系统的影响，以确保出水水质稳定达标。
       （1）适当提高污泥浓度来提高处理效果。通过污泥浓度的提高，使得更多的微生物参与到有机物分解中，提高处理效率；
       （2）适当增加污水停留时间。在保温措施完备的基础上，适当增加污水停留时间，延长污泥与污水的接触时间，从而提高去除效果；
       （3）保证充足的碳源。必要时需向生化系统内投加额外碳源以保证活性污泥中的微生物在低温条件下有足够的营养物质供其生长；
       （4）进行适当的曝气控制。保证曝气充足，以确保活性污泥中的微生物正常生长。
       （5）回流污泥。在脱氮除磷工艺中，将二沉池排出的回流污泥排入氧化沟内进行曝气，将微生物体内贮存物质氧化，从而使菌胶团细菌具有最大吸附和贮存能力，使污泥得到充分再生并恢复活性，并在与丝状菌的竞争中获得优势，抑制丝状菌的过量繁殖。
        3.3投加合适的药剂控制污泥膨胀
        直接投加药剂改善污泥絮凝性能、杀死丝状菌和增加絮体重量，以恢复污泥的沉降性能。相对于工艺控制法，药剂投加的效果比较立竿见影，但所花费的成本也较大，一般较常投加的药剂有：絮凝剂、增重剂以及消毒剂等。
        絮凝剂投加到活性污泥中，形成的絮凝物可以与污泥一起下沉，改善污泥的沉降性。投加增重剂可提高污泥密度，加固絮体结构，改善污泥沉降性能，但增重剂不会杀死丝状菌，也不损害菌胶团菌。也可直接投加一些化学药剂（如消毒剂）在回流污泥中，这种方法一般能较快降低SVI值，但这些方法并没有从根本上控制丝状菌的繁殖，一旦停止加药，污泥膨胀现象又会卷土重来。而且投药有可能破坏生化系统的微生物生长环境，导致处理效果降低，所以这种办法只能做为临时应急使用。?
        4.结束语
        总而言之，我国很多的城市污水处理厂在面对污泥膨胀的时候，已经应用了很多的措施进行了控制，并且取得了不错的效果，但是还存在很多问题需要解决，这就需要相关的研究人员加快研究进程，做好污泥膨胀控制措施，促进冬季城市污水处理厂的正常运行。
参考文献
[1]郝晓地，朱景义，曹秀芹．污泥膨胀形成机理及控制措施研究现状和进展[J]．环境污染治理技术与设备，2006，7(5)：1—9．
[2]彭永臻，郭建华．活性污泥膨胀机理、成因及控制[M]．北京：科学出版社，2012．
[3]柴春省. 低温非丝状菌活性污泥膨胀的控制措施[J]. 工业用水与废水, 2017(4).?
[4].陈滢, 彭永臻, 刘敏, et al. SBR法处理生活污水时非丝状菌污泥膨胀的发生与控制[J]. 环境科学学报, 2005, 25(1):105-108.
作者简介：
1张媛媛，大学本科，化工工程师，从事污水化验、污水治理工作十余年。
2乔翮斐，大学本科，分析化学工程师，从事污水化验检测工作，有丰富的工作经验。
3徐琼，大学本科，现任环境监测与治理工程师，从事水质检测工作十余年。