[科普中国]-活性污泥丝状膨胀

简介

用活性污泥法处理废水的过程中，有时二次沉淀池中会发生泥水分离困难，池面飘泥严重，出水水质极差的现象。自发明活性污泥法以来，就发现活性污泥丝状膨胀的现象，20世纪20年代国外开始研究。70～80年代初，国外投入较多的力量研究，我国对活性污泥丝状膨胀的研究起步于20世纪70年代末。

经研究认为，曝气池中有正常活性污泥和膨胀污泥。正常活性污泥是由许多具有絮凝作用的絮凝细菌——菌胶团细菌占优势，辅以少量的丝状细菌，大量钟虫类的固着型纤毛虫、旋轮虫等组成的活性污泥。而膨胀的活性污泥有两种：由丝状细菌引起的丝状膨胀污泥和由非丝状细菌引起的菌胶团膨胀污泥。这两种发生污泥膨胀的污泥都可用污泥体积指数SVI作为衡量其沉降性能好与坏的指标。SVI在200 mL/g以下为正常活性污泥，一般在50～150 mL/g，最好在100 mL/g左右。SVI在200 mL/g以上标志着活性污泥发生膨胀。而活性污泥丝状膨胀则是较普遍的现象。因此，各国将研究的重点放在活性污泥丝状膨胀，研究其膨胀的原因和控制活性污泥丝状膨胀的对策上。到20世纪80年代末、90年代初，活性污泥丝状膨胀的问题得到基本解决，取得较好的成效。从现在的研究成果来看，控制活性污泥丝状膨胀的最佳办法是：根据活性污泥丝状膨胀致因微生物的生理特性，用合理优化工艺创造条件遏制活性污泥丝状膨胀致因微生物的极度生长，达到控制活性污泥丝状膨胀的目的，这是一种不产生副作用的好方法。1

活性污泥丝状膨胀的致因微生物由于丝状细菌极度生长引起的活性污泥膨胀称活性污泥丝状膨胀。活性污泥丝状膨胀的致因微生物种类很多。Eikelboom、Richard、Wagner和Blackbeard等分别从各国不同地域污水处理厂中收集了几千个样品，分离培养出30多种微生物纯培养物。其中经常出现的有诺卡氏菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等。

活性污泥丝状膨胀的成因有环境因素和微生物因素。主导因素是丝状微生物过度生长。促进丝状微生物过度生长的环境因素有以下几种。

（1）温度

构成活性污泥的各种细菌最适生长温度在30 ℃左右。菌胶团细菌如动胶菌属的最适生长温度在28～30 ℃，10 ℃下生长缓慢，45 ℃不长。浮游球衣菌最适温度在25～30 ℃，生长温度在15～37 ℃。从菌胶团和丝状细菌的最适温度看，虽然差别不大，但菌胶团细菌为严格好氧菌，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，由于温度影响氧的溶解度，因此，在低溶解氧的条件下，浮游球衣菌竞争氧的能力远强于菌胶团细菌而优势生长。

（2）溶解氧（DO）

菌胶团细菌和浮游球衣菌等丝状细菌对溶解氧的需要量差别大。浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，对环境的适应性强，在微量好氧条件下，仍正常生长。如贝日阿托氏菌、发硫菌微量好氧，DO为0.5 mg/L时生长最好。温度在25～30℃的条件下，在有机废水中溶解氧匮乏，丝状细菌呈优势生长，故很容易引起活性污泥丝状膨胀。

（3）可溶性有机物及其种类

几乎所有的丝状细菌都能吸收可溶性有机物，尤其是低分子的糖类和有机酸。在运行过程中，有机物因缺氧不能降解彻底，积累大量有机酸，为丝状细菌创造营养条件，使丝状细菌优势生长。甚至自养的发硫菌也能利用低浓度的乙酸盐。

（4）有机物浓度（或有机负荷）

浮游球衣菌在含葡萄糖和蛋白质各5g/L的培养基中不长衣鞘，不形成丝状体而呈大的单个细胞存在，菌落接近圆形，边缘光滑。在含葡萄糖和蛋白质各1g/L的低浓度培养基中，浮游球衣菌形成小细胞而呈丝状体，外披衣鞘，甚至呈假分枝茂盛生长，菌落为粗糙型。在生活污水和食品工业等有机废水中，BOD5在100～200 mg/L，往往会使浮游球衣菌和菌胶团细菌的数量比例增大，浮游球衣菌的数量超过60%以上，占优势而导致活性污泥丝状膨胀。

动胶菌属在试验培养基中，当碳氮比大于10时，呈絮状生长；若碳氮比小于10，不凝聚碳氮比低至5时分散生长。有时生活污水和工业废水的碳氮比很低，活性污泥中呈絮状的动胶菌属不多见，而是分散性的动胶菌属和其他菌胶团细菌一起形成大颗粒的絮凝体。工业废水生物处理过程中也会发生活性污泥丝状膨胀，如含硫化染料的印染废水和屠宰废水等。

此外，可能还会因pH变化而引起活性污泥丝状膨胀。

活性污泥丝状膨胀的机理目前，人们普遍接受的是用表面积与体积比假说解释活性污泥丝状膨胀的机理。在单位体积中，呈丝状扩展生长的丝状细菌的表面积与体积比絮凝性菌胶团细菌的大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势；絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。丝状细菌和絮凝性菌胶团细菌的优势竞争表现在如下几方面：

（1）对溶解氧的竞争

充氧效率与好氧微生物的生长量成正相关性。溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度综合考虑。例如，污水好氧生物处理的进水BOD5为200～300 mg/L，曝气池MLSS为2000～3000 mg/L时，溶解氧要维持在2 mg/L以上。经伍赫尔曼研究，曝气池中溶解氧在2 mg/L时，直径为500 µm的絮凝体中心点处的溶解氧只有0.1 mg/L，只有在絮凝体表面的微生物得到较多的溶解氧，絮凝体内部多数微生物处于缺氧状态。如果曝气池溶解氧长期维持在较低的水平，则明显有利于丝状细菌优势生长。

（2）对可溶性有机物的竞争

运行经验和实验室试验证明：低分子糖类和有机酸有利于丝状细菌生长，容易发生活性污泥丝状膨胀。

（3）对氮、磷的竞争

索耶根据活性污泥的分子式求出BOD5、N和P之间的理想比例为BOD5：N：P=100：5:1。在处理生活污水和废水时一般按此值设计和运行。如果氮磷比例小于索耶的计算值，在低氮和低磷的情况下，丝状细菌具有大的比表面积，又有利于它与菌胶团细菌争夺氮和磷而优势生长。

（4）有机物冲击负荷影响

有机物冲击负荷影响是指流人生产装置的污（废）水中有机物浓度、组成及流量发生急剧变化。以有机物浓度为例，曝气池中有机物浓度突然增加，供氧量不变，由于微生物的呼吸迅速消耗溶解氧。溶解氧量降低，丝状细菌和絮凝性菌胶团细菌争夺溶解氧，丝状细菌优势生长而引起活性污泥丝状膨胀。

控制活性污泥丝状膨胀的对策早期，控制丝状细菌性的污泥膨胀，主要手段是利用丝状细菌具有较大的比表面积，采用药剂杀死丝状细菌。但这种方法不能彻底解决污泥膨胀问题，相反，会导致出水水质恶化的不良后果。其原因是：杀菌剂不具有专一性，杀死丝状细菌的同时，也杀死菌胶团细菌及其他的微生物。在实践中人们发现：在正常的环境条件下丝状细菌在活性污泥中和菌胶团细菌共同形成一个互生和谐的微生物生态体系。在这种互生关系中，菌胶团细菌偏重降解大分子有机物，丝状细菌吸收低分子有机物，它们相互协同，高效稳定净化污（废）水。所以，丝状细菌是有益的。因此，只有利用曝气池中的相关的设备经济有效地调整丝状细菌和菌胶团细菌的比例，使菌胶团细菌的数量大于丝状细菌，才能取得好的处理效果。投加无机或有机混凝剂或助凝剂以增加污泥絮体的密度，以增强其沉淀性能，可以改善或克服污泥丝状膨胀。

解决活性污泥丝状膨胀的问题，其根本是要控制引起丝状细菌过度生长的具体环境因子。如温度、溶解氧、可溶性有机物及其种类、有机物浓度或有机负荷等。但实际运行过程中，进水的温度和进水中可溶性有机物一般是不可控制的。而溶解氧和有机负荷可控制，改革工艺、改进曝气器的性能是控制污泥丝状膨胀的有效办法。2