污泥膨脹

應急措施

臨時應急主要方法是投加藥物增強污泥沉降性能或是直接殺死絲狀菌。投加鐵鹽鋁鹽等混凝劑可以直接提高污泥的壓密性保證沉澱出水。另外，投加一些化學藥劑，如氯氣，加在迴流污泥中也可以達到消除污泥膨脹現象。投加過氧化氫和臭氧也可以起到破壞絲狀菌的效果。

採用這種方法一般能較快降低SVI值，但這些方法並沒有從根本上控制絲狀菌的繁殖，一旦停止加藥，污泥膨脹現象可以又會捲土重來。而且投藥有可能破壞生化系統的微生物生長環境，導致處理效果降低，所以，這種辦法只能做為臨時應急時用。

改善生化環境

污水廠發生污泥膨脹的時候，一般無法從工藝流程、池型和曝氣方式的改變來解決，只能在正在運行的流程基礎上通過改變生化池內的微生物生長環境來抑制或消除絲狀菌的過度繁殖。在不同的工藝和水質的情況下，很難有一個放之四海而皆準的解決方案。但生化工藝常遇見的幾種應該注意的問題必須加以注意。

污水性質的控制

首先應該檢查和調整pH值，當pH值低於5以下時，不僅對污泥膨脹會有利，而且對正常的生化反應也會有一定的危害，所以當pH值偏低時應及時調整。另外在北方寒冷地區一定應注意冬季時的水溫，若水溫偏低應加熱，因為低溫也會導致污泥膨脹的發生。採用鼓風曝氣能有效的在冬季較高的水溫。

當污水中營養成份不足或失衡時，應補充投加。N、P含量應控制在BOD：N：P=100：5：1左右。

若污水處理生化系統前已有消化現象的發生，產生的低分子有機酸將有利於絲狀菌的生長，這時可以對廢水在調節池內預曝氣來加以改善。一般採用空氣擴散器向3-5米有效水深的調節池曝氣，供氣量可以控制在0.5-1.0m3/廢水立方米·小時。它能使調節池的廢水保持新鮮，並有效防止由於厭氧所會帶來的臭氣。

保持池內足夠的溶解氧對於高負荷的生化系統特別重要，3)一般至少應控制DO>2毫克/L。

沉澱池內的污泥應及時排出或迴流。

防止其發生厭氧現象。若發生厭氧現象，產生的各種氣體吸附在污泥上，也會使污泥上浮，沉降性能變差。而且發生厭氧的污泥迴流也會引髮絲狀菌的大量繁殖。這種情況時除排泥和清除沉澱池內的死角，並縮短污泥在池內的停留時間外。還應提高曝氣池DO值。使出入沉澱池的水保持較高的溶解氧。或者在污泥迴流進入生化池前曝氣再生。

發生污泥膨脹后，二沉池出水的SS將會大幅度增加，直至超過國家排放標準，同時導致出水的CODcr和BOD5也超標。如果不立即採取控制措施，污泥持續流失會使曝氣池內的微生物數量銳減，不能滿足分解有機污染物的正常需要，從而導致整個系統的性能下降，甚至崩潰。如果恢復，需要從培養、馴化活性污泥重新開始。

在活性污泥法運轉中，活性污泥膨脹是個嚴重問題。它的成因是相當複雜的。各國不少學者對此都作了很多的研究，但是迄今還沒有得到一個圓滿的解釋。從已有的研究成果來看，活性污泥膨脹的成因可歸納如下：

廢水水質

在廢水生物處理中，廢水本身就是微生物的培養基。因此，廢水水質和微生物的生理活動關係十分密切。從上面提到的兩種污泥膨脹來看，無不與微生物的生理活動有關。即污泥膨脹或是和微生物增殖有關(如絲狀菌性膨脹)；或者是由於代謝產物積蓄之故(如非絲狀菌性膨脹)。由此可見，廢水水質是污泥膨脹成因中極為重要的因素。

關於廢水水質問題，可以從以下幾個方面進行分析：

(1)有機物

廢水中所含的有機物，種類較多，其中究竟哪些有機物和污泥膨脹關係較大呢?在回答這個問題之前，人們可以先從和污泥膨脹有關的微生物生理習性去考慮。如哪些有機物和營養成分易為絲狀菌利用及自身繁殖，或易為微生物代謝分泌出高黏性多糖類物質。根據以往的經驗，有以下幾點需要注意。

①廢水中碳源含量多且以糖類為主時，易發生污泥膨脹。據經驗介紹，如葡萄糖、蔗糖、乳糖等糖類物質含量較高的廢水是經常可能出現污泥膨脹現象的。而同樣是碳水化合物，如不溶性高分子的澱粉，就沒有那樣的情況。一般認為，在導致絲狀菌性污泥膨脹的微生物中，最有代表性的是球衣菌屬，它能將糖類物質直接作為能源予以利用，並易於繁殖。絲狀菌性膨脹的另一種致因微生物，如硫細菌屬，亦是這樣。此外。絲狀菌性膨脹的其他致因微生物，如蠟狀芽孢桿菌蕈狀變種和白地霉，亦都能直接利用單糖類物質進行繁殖。其次，在糖類碳水化合物含量多時，活性污泥微生物亦能夠較易地將其代謝分泌出高黏性多糖類物質。而這些物質過多，覆蓋在菌膠團微生物表面，將導致非絲狀菌性污泥膨脹

由上可見，廢水中含糖類碳源較多時，對絲狀菌的繁殖及高黏性多糖類物質的生成都是極大的促進，並易於導致污泥膨脹，可以說是形成污泥膨脹的一個十分重要的因素。

②廢水中可溶性有機物含量多時，亦易於發生污泥膨脹。一般，這裡所指的可溶性有機物，主要是低分子可溶性有機物，也包括上述的單糖、二糖類物質。實際上，在乳品生產廢水、發酵廢水、製糖廢水(含大量可溶性有機物)的處理過程中，易於發生污泥膨脹。一般來說，活性污泥中的絲狀菌與其他遊離細菌相比較，對高分子物質的水解能力弱，也難於吸收不溶性物質。為此，當廢水中含可溶性有機物多時，絲狀菌就易於利用與自身繁殖。這樣也就易於發生絲狀菌性污泥膨脹。而對高黏性的非絲狀菌性膨脹來說，由於廢水中含有較多的可溶性糖類物質，活性污泥微生物亦就易於利用它們產生更多的高黏性多糖類物質，也就導致這一類型污泥膨脹的發生。

(2)氮和磷營養物質

活性污泥微生物，為了進行正常的生長、繁殖，除了需要碳源外，還需氮、磷等營養物質。氮、磷和碳之間應有適當的比例，一般經驗提出的比例通常為：BOD5:N:P=100:5:1。當廢水中氮、磷含量不足時，亦易發生污泥膨脹。如在活性污泥中，絲狀菌的表面積相對其他微生物來說要大些，易於攝取底物。故當氮、磷含量相對BOD5的比例不足時，由於具有上述特點，絲狀菌比其他微生物較易利用底物，仍能正常生活，進行生長繁殖。而在這種情況下，活性污泥中其他微生物，由於氮、磷得不到滿足，以致逐漸衰退。於是絲狀菌大量增加，導致了絲狀菌性污泥膨脹的發生。

另外，當廢水中氮、磷源不足時，相對而言就是碳源較多。在這種情況下，如果糖類物質較多，代謝產物多糖類高黏性物質增加，使得活性污泥易於發生非絲狀菌性膨脹。

溶解氧

在曝氣池運行中，混合液的溶解氧含量亦是個重要的問題。因為不同的微生物對溶解氧的要求亦是不同的。從以往的實踐經驗來看。曝氣池中若溶解氧濃度太低是不利的，容易發生污泥膨脹的現象，雖然絲狀菌是好氧性細菌，但是它們和活性污泥中的其他好氧菌不同，在活性污泥的低溶解氧條件下大部分好氧菌幾乎不能繼續生長繁殖。但絲狀茵仍能適應這種環境。並繼續生長繁殖。從而使得絲狀菌性污泥膨脹易於發生。而且即使將它們保持在相當長時間的厭氧狀態下，也不會失去活力，如一旦恢復好氧狀態，它們就會重新生長繁殖。

據有關經驗介紹，當曝氣池混合液溶解氧為0.5mg/L以下時，活性污泥鏡檢中發現有大量的硫細菌(貝氏硫菌和絲硫菌)，但很少發現有帶衣鞘的絲狀菌(球衣細菌)。例如在上海春夏之交和盛夏季節，水溫較高(高達30℃以上)，氧分壓低，而且又值用電高峰，供電緊張，曝氣池中往往呈現缺氧情況，溶解氧濃度偏低，活性污泥常發生絲狀膨脹現象，鏡檢結果系由絲硫菌、貝氏硫菌過度生長引起。故當溶解氧偏低(一般在0.5mg/L以下)及水溫較高(一般在30℃～36℃)時，適宜於絲硫菌、貝氏硫菌生長繁殖，污泥膨脹是一種硫細菌性的絲狀膨脹。而到了秋季，水溫在20℃～28℃之間時，溶解氧濃度略有升高，發現活性污泥的絲狀膨脹則是由於貝氏硫菌和球衣菌過度生長的結果。事實上，在溶解氧濃度較高情況下，如高達7mg/L時，仍可發現污泥的絲狀膨脹，其中絲狀菌以球衣菌佔優勢。這說明溶解氧濃度的高低，對主要由球衣菌引起的絲狀膨脹，都是可能發生的。

由上可見，溶解氧濃度對活性污泥的膨脹來說，和廢水水質相比較，只能是第二位因素。但是溶解氧過低亦是不合適的，據實際經驗，一般應將溶解氧控制在不低於2mg/L的水平，如2～4mg/L，過高亦是沒有必要的。

溫度

微生物都有各自的適宜生長溫度。如球衣菌的適宜生長溫度在30℃左右，在15℃以下生長不良。絲硫菌、貝氏硫菌的適宜生長溫度亦在30℃～36℃之間。故在夏季高溫季節，遇上溶解氧偏低時，活性污泥易發生如上所述的硫細菌性絲狀膨脹。而在冬季低溫季節，則活性污泥不易發生膨脹。

pH值

在活性污泥法運行中，為了使活性污泥正常發育、生長，曝氣池液的pH值應保持在一個合適的範圍內，一般為6.5～8.0。當pH值在這個合適範圍內，並遇上其他條件亦合適時，人們就可獲得沉降、濃縮性能良好的活性污泥。

根據實際經驗，若曝氣池液的pH值長時間保持在6.0以下時，活性污泥中絲狀微生物就會佔據優勢，污泥的體積指數SⅥ值增高，從而導致污泥發生絲狀菌性膨脹。因為當pH值在5.8～8.1範圍內，適合於浮遊球衣菌的生長繁殖。此外，白地霉亦可能在pH值為3～12範圍內增殖。根據這種情況，可以說在酸性條件下特別有利於絲狀菌的生長、繁殖，並成為污泥的絲狀菌性膨脹的誘因。

活性污泥微生物通過馴化、培養，都可找到一個最佳的運行條件和生長環境。因此，為了保持活性污泥法系統的正常運行，就應有一個合適的負荷率(指生物負荷率或污泥負荷率)，或稱最佳負荷率。在運行中負荷率過高、過低均是不適宜的，並都有可能發生污泥膨脹。這是由於微生物的生長環境發生了變化，活性污泥原有的生態將失去平衡，生物構成亦將發生變化的緣故。一般來說，當負荷率過高時，正常活性污泥發展到嚴重膨脹污泥，所需時間相對而言要短些。而負荷率愈高，則時間愈短。

相對而言，負荷率過高時，可被微生物攝取的有機物亦多。如這種有機物含糖類物質及可溶性低分子成分較多時，則如前所述，易發生絲狀菌性污泥膨脹。當然，這種情況如前所述碰到低溫時，活性污泥中亦可能由於高黏性物質的積累，發生非絲狀菌性污泥膨脹。

當負荷率過低時，也有可能發生絲狀菌性污泥膨脹，這主要是由於絲狀微生物在這種場合下，仍可能取得競爭優勢的緣故。

污泥膨脹（sludgebulking）指污泥結構極度鬆散，體積增大、上浮，難於沉降分離影響出水水質的現象。基本上各種類型的活性污泥工藝都會發生污泥膨脹，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。污泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近百分之五十的城市污水廠每年都會有不同程度的污泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。針對污泥膨脹，各方面的理論很多，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麻煩。

污泥結構鬆散，質量變輕，沉澱壓縮性能差；SV值增大，有時達到百分之九十，SVI達到300以上；大量污泥流失，出水渾濁；二次沉澱難以固液分離，迴流污泥濃度低，有時還伴隨大量的泡沫的產生，無法維持生化處理的正常工作。

污泥膨脹是生化處理系統較為嚴重的異常現象之一，它直接影響出水水質，並危害整個生化系統的運作。

污泥膨脹的發生率是相當高的，在歐洲近50%的城市污水廠每年都會有不同程度的污泥膨脹發生，在中國的發生率也非常高。基本上目前各種類型的活性污泥工藝都會發生污泥膨脹。污泥膨脹不但發生率高，發生普遍，而且一旦發生難以控制，通常都需要很長的時間來調整。

一般認為活性污泥中的微生物的增長都是符合Monod方程的：

式中μ----微生物比增長速率，d-1 ；μ=1/X * dX/dt X----生物體濃度，mg/L；

S----生長限制性基質濃度(殘留與溶液中的基質濃度)，mg/L；

Ks-----飽和常數（半速度常數），其值為μ=μmax/2時的基質濃度，mg/L；

μmax-----在飽和濃度中微生物的最大比增長速率，d

大多數的絲狀菌的KS和μmax值比菌膠團的低，所以，按照以上Monond方程，具有低KS和μmax值的絲狀菌在低基質濃度條件下具有高的增長速率，而具有較高KS和μmax值的菌膠團在高基質濃度條件下才佔優勢。同樣認為低負荷對於絲狀菌生長有利的理論還有表面積/容積比（A/V）假說。這裡的表面積和容積，是指活性污泥中微生物的表面積與體積。該假說認為伸展於絮凝體之外的絲狀菌的比表面積（A/V）要大大超過菌膠團細菌的比表面積。當微生物處於受基質限制和控制的狀態時，比表面積大的絲狀菌在取得底物方面要比菌膠團有利，結果在曝氣池內絲狀菌就變成了優勢菌。

低負荷易導致污泥膨脹這一觀點無論是在實際運行中還是在理論上都有了較為成熟的解釋。但在中國，通常生化反應的負荷設計都是較高的，的大量污泥膨脹卻是在高負荷條件下發生的。事實上，在高負荷條件下的污泥膨脹往往是由於供氧不足、曝氣池內DO濃度降低引起的。

微生物對有機物的降解過程實質上就是對氧的利用過程。溶解氧在活性污泥法的運行中是一個重要的控制參數，曝氣池中DO濃度的高低直接影響著有機物的去除效率和活性污泥的生長。低DO濃度一直被認為是引起絲狀菌污泥膨脹的主要因素之一。絲狀菌由於具有較大的比表面積和較低的氧飽和常數，在低DO濃度下比絮狀菌增殖得快，從而導致絲狀菌污泥膨脹。根據各方面的研究反應，DO對於污泥膨脹影響的的臨界值並不確定。DO濃度的要求是與污泥負荷息息相關的，負荷越高，則對應的臨界值就越大。這一值的確定與工藝選擇、池型及進水類型都有著密切關係，必須根據實際情況結合實驗才可以得出。

（1）污水種類

污水種類對污泥膨脹有著明顯的影響。通常來說，那些含有易生物降解和溶解的有機成份，特別是低分子量的烴類、糖類和有機酸類等類型基質的污水易引起污泥膨脹，例如釀酒、乳品、石化和造紙廢水等。

污泥膨脹

污泥膨脹

（2）營養成分的不均衡

當污水中N、P不足時，易引起污泥膨脹的發生。N、P的合適比例為BOD5：N：P=100：5：1。很多研究表明許多絲狀菌對營養物質N、P有著較強的親和力，這可能就是缺乏營養物質導致污泥膨脹的原因。

（3）pH值與溫度

一般認為pH偏低易引起絲狀菌的大量繁殖。而溫度的對絲狀菌的影響也是很普遍的。例如，冬天Microthixparvicella在絲狀菌群中佔優勢，而溫暖季節時Nocardiaform，0041型或Nostocoidalimnicda較易大量繁殖。

另外污水在進水處理系統前的早期厭氧消化產生的有機酸和硫化氫也可能導致污泥膨脹的發生。硫磺菌的的貝氏硫菌、硫絲菌等能從硫化氫氧化中獲取能量。而這些細菌以非常長的絲狀性增殖，有時能長達1厘米，從而導致污泥膨脹的發生。

膨脹活性污泥的密度一般比水小，作為應急處理措施，可考慮投加混凝劑，以改善其沉降性能。初步選擇了常用的高分子混凝劑——陽離子型聚丙烯醯胺和無機混凝劑——硫酸亞鐵進行對比試驗。

在處理水量為50L/h的小試裝置中投加陽離子型聚丙烯醯胺，使其濃度分別達到10、20、30、40、50和60mg/L，污泥的SV值變化。聚丙烯醯胺的投加對於污泥的沉降性能的改善有一定的效果，且存在一個最佳投加量，但是，效果不是很理想。該中水回用系統採用新型淹沒式複合膜生物反應器，曝氣量大、水力攪拌強烈，聚集起來的絮體顆粒容易遭到破壞，從而導致混凝效果不理想；當投加量高於最佳投加量時，絮凝體除中和膠體的負電荷以外，過多的正電荷又使膠體離子帶上正電荷而重新穩定。處理水量為50L/h的小試裝置中投加硫酸亞鐵溶液，使其質量濃度在10至180mg/L之間變化，污泥的SV值變化；投藥前後菌膠團狀態。

投加硫酸亞鐵溶液后污泥沉降性能得到明顯改善，SV值下降了約百分之十五。但是超過60mg/L后污泥沉降性能沒有進一步的改善，所以確定實際運行時硫酸亞鐵的投加量為60mg/L。在投加硫酸亞鐵（60mg/L）前後，測量混合液PH值從7.63降至7.07，對污泥活性的負面影響很小。陽離子型聚丙烯醯胺的投加效果受水力條件等因素的限制不是十分理想，同時其單體有毒性、難降解，存在二次污染問題，經濟效益較投加硫酸亞鐵差。硫酸亞鐵價格便宜、使用簡單，對膜及污泥沒有負面影響，其對污泥密度的影響是有效的，但其不能從根本上解決營養比例失調的問題，所以只能作為應急控制措施。

在污泥膨脹問題的研究中，對污泥膨脹的恢復與控制是一個十分重要的環節。在該中水回用工程的運行過程中發現，投加硫酸亞鐵后，沉降性能一度改善的活性污泥在原有有機負荷條件下如停止投加，繼續進行處理，則活性污泥的沉降性能就會逐漸惡化，三日後恢復到投加前的狀態。所以需要尋找一種在活性污泥膨脹後行之有效的恢復控制方法。

在污泥粘性膨脹最嚴重的情況下（用容器裝一些污泥，無論用什麼方法污泥始終粘附在容器的表面），可考慮適當排掉一些膨脹的污泥，再重新取一些新泥，以減少多糖類物質對污泥的覆蓋；同時增加水力停留時間，使沒有被完全氧化的有機物有足夠的時間被消耗掉。

由於原水中洗滌劑含量很高，加之曝氣強度較大，經常出現白色、粘稠的泡沫，並且越積越多，當污泥發生膨脹時，危害較大。除投加消泡劑以外，採取水力消泡的方法。在反應池上方安裝噴頭，用MBR反應器的出水對反應池上部進行噴淋，以控制膨脹污泥和泡沫對反應器的危害，會取得較好效果。

目前，在控制理論方面也豐富了污泥膨脹的控制。

國內對活性污泥工藝的設計通常採用中等負荷（0.3KgBOD5/(kgMLSS·d)），而在實際中人們從經濟角度考慮總是採用較高的負荷，所以高負荷下的污泥膨脹在中國具體較為廣泛的意義。在高負荷情況下，最常見的是DO不足，所以先採取提高氣水比，強化曝氣，在推流式曝氣池內首端採用射流曝氣等方式，觀察一段時間，找出問題的所在。

如果在以上措施採取后一段時間情況仍無好轉，則可考慮在曝氣池頭部加設軟填料。這一部份對於有機酸去除率很高，從而去除絲狀菌的生長促進因素，幫助絮狀菌生長。這個方法比較有效，但造價較高，且對以後的維修管理造成不便。或者在曝氣池前設置一個水力停留時間約為15min的選擇器，一般能很有效的抑制絲狀菌的生長。

對於間歇式進水的SBR工藝來說，反應器本身是完全混合式的，而且在時間上其污染物的基質就存在濃度梯度，所以無需再另設選擇器。通常間歇式SBR工藝產生污泥膨脹的原因是，污泥濃度過高，而進水有機物濃度偏低或水量偏小而導致污泥負荷偏低。對於這種情況，降低排出比，提高基質初始濃度，並對SBR強制排泥，一般就能夠對污泥膨脹現象進行有效的控制。而對於連續進水的SBR如ICEAS和CASS等工藝如果發生污泥膨脹的話，就有必要在進水端設置一個預反應區或生物反應器了。

低負荷活性污泥工藝

低負荷活性污泥工藝曝氣池內基質濃度較低，絲狀菌容易獲得較高的增長效率，所以是最容易產生污泥膨脹。除了在水質和曝氣上想辦法外，最根本和有效的是將曝氣池分成多格且以推流方式運行，或增設一個分格設置的小型預曝氣池作為生物選擇器，在這個選擇器內採用高污泥負荷，吸附部分有機物並消除有機酸。這個辦法不但有助於抑制污泥膨脹，並能有效的改善生化處理效果。在曝氣池內增加填料的方法也同樣在低負荷完全混合工藝中適用。

對於A/O和A2/O工藝可通過在在好氧段前設置缺氧段和厭氧段以及污泥迴流系統，使混合菌群交替處於缺氧和好氧狀態，並使有機物濃度發生周期性變化，這既控制了污泥膨脹又改善了污泥的沉降性能。而交替工作式氧化溝和unitank工藝等連續進水的系統因為其本身在時間和空間上就有了實際上的“選擇器”，所以對污泥膨脹有著效強的控制能力。如果這兩種工藝發生污泥膨脹，則可通過調整曝氣控制溶氧量和控制迴流污泥量來調節池內的污泥負荷及DO，通過一段時間的改善，一般能夠控制住污泥膨脹現象。

污泥膨脹由於絲狀菌的種類繁多，且生長適宜的環境也不盡相同。在不同工藝不同水質的情況下，微生物的生長環境非常微妙，這就要求發生污泥膨脹時，需要水處理工作者根據實際情況作大量切實的實驗和分析，大膽實踐，才能解決污泥膨脹問題。

絲狀菌是生長處理微生物中不可缺少的一部份。污泥膨脹現象在於絲狀菌的過度生長，消除污泥膨脹的根本在於使絲狀菌與活性污泥菌膠團平衡生長；完全混合式較推流式更產生污泥膨脹，低污泥負荷較高污泥負荷易易產生污泥膨脹；進水水質在水溫、pH、營養成份及是否有處理前的消化反應等方面是處理污泥膨脹應該首先考察的問題；高負荷下的污泥膨脹一般在於溶氧不足；低負荷下的污泥膨脹採用生物選擇器是行之有效的辦法。由於絲狀菌的多樣性，關於污泥膨脹的理論解釋和實際報道仍有很多不盡一致，大膽實踐不斷總結並和同行廣泛交流，才能更快找到行之有效地解決方法。