[科普中國]-活性污泥絲狀膨脹

簡介

用活性污泥法處理廢水的過程中，有時二次沉淀池中會發(fā)生泥水分離困難，池面飄泥嚴(yán)重，出水水質(zhì)極差的現(xiàn)象。自發(fā)明活性污泥法以來，就發(fā)現(xiàn)活性污泥絲狀膨脹的現(xiàn)象，20世紀(jì)20年代國外開始研究。70～80年代初，國外投入較多的力量研究，我國對活性污泥絲狀膨脹的研究起步于20世紀(jì)70年代末。

經(jīng)研究認(rèn)為，曝氣池中有正常活性污泥和膨脹污泥。正常活性污泥是由許多具有絮凝作用的絮凝細(xì)菌——菌膠團細(xì)菌占優(yōu)勢，輔以少量的絲狀細(xì)菌，大量鐘蟲類的固著型纖毛蟲、旋輪蟲等組成的活性污泥。而膨脹的活性污泥有兩種：由絲狀細(xì)菌引起的絲狀膨脹污泥和由非絲狀細(xì)菌引起的菌膠團膨脹污泥。這兩種發(fā)生污泥膨脹的污泥都可用污泥體積指數(shù)SVI作為衡量其沉降性能好與壞的指標(biāo)。SVI在200 mL/g以下為正?；钚晕勰?，一般在50～150 mL/g，最好在100 mL/g左右。SVI在200 mL/g以上標(biāo)志著活性污泥發(fā)生膨脹。而活性污泥絲狀膨脹則是較普遍的現(xiàn)象。因此，各國將研究的重點放在活性污泥絲狀膨脹，研究其膨脹的原因和控制活性污泥絲狀膨脹的對策上。到20世紀(jì)80年代末、90年代初，活性污泥絲狀膨脹的問題得到基本解決，取得較好的成效。從現(xiàn)在的研究成果來看，控制活性污泥絲狀膨脹的最佳辦法是：根據(jù)活性污泥絲狀膨脹致因微生物的生理特性，用合理優(yōu)化工藝創(chuàng)造條件遏制活性污泥絲狀膨脹致因微生物的極度生長，達到控制活性污泥絲狀膨脹的目的，這是一種不產(chǎn)生副作用的好方法。1

活性污泥絲狀膨脹的致因微生物由于絲狀細(xì)菌極度生長引起的活性污泥膨脹稱活性污泥絲狀膨脹?；钚晕勰嘟z狀膨脹的致因微生物種類很多。Eikelboom、Richard、Wagner和Blackbeard等分別從各國不同地域污水處理廠中收集了幾千個樣品，分離培養(yǎng)出30多種微生物純培養(yǎng)物。其中經(jīng)常出現(xiàn)的有諾卡氏菌屬、浮游球衣菌、微絲菌屬、發(fā)硫菌屬、貝日阿托氏菌屬等。

活性污泥絲狀膨脹的成因有環(huán)境因素和微生物因素。主導(dǎo)因素是絲狀微生物過度生長。促進絲狀微生物過度生長的環(huán)境因素有以下幾種。

（1）溫度

構(gòu)成活性污泥的各種細(xì)菌最適生長溫度在30 ℃左右。菌膠團細(xì)菌如動膠菌屬的最適生長溫度在28～30 ℃，10 ℃下生長緩慢，45 ℃不長。浮游球衣菌最適溫度在25～30 ℃，生長溫度在15～37 ℃。從菌膠團和絲狀細(xì)菌的最適溫度看，雖然差別不大，但菌膠團細(xì)菌為嚴(yán)格好氧菌，浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，由于溫度影響氧的溶解度，因此，在低溶解氧的條件下，浮游球衣菌競爭氧的能力遠(yuǎn)強于菌膠團細(xì)菌而優(yōu)勢生長。

（2）溶解氧（DO）

菌膠團細(xì)菌和浮游球衣菌等絲狀細(xì)菌對溶解氧的需要量差別大。浮游球衣菌是好氧和微量好氧菌，對環(huán)境的適應(yīng)性強，在微量好氧條件下，仍正常生長。如貝日阿托氏菌、發(fā)硫菌微量好氧，DO為0.5 mg/L時生長最好。溫度在25～30℃的條件下，在有機廢水中溶解氧匱乏，絲狀細(xì)菌呈優(yōu)勢生長，故很容易引起活性污泥絲狀膨脹。

（3）可溶性有機物及其種類

幾乎所有的絲狀細(xì)菌都能吸收可溶性有機物，尤其是低分子的糖類和有機酸。在運行過程中，有機物因缺氧不能降解徹底，積累大量有機酸，為絲狀細(xì)菌創(chuàng)造營養(yǎng)條件，使絲狀細(xì)菌優(yōu)勢生長。甚至自養(yǎng)的發(fā)硫菌也能利用低濃度的乙酸鹽。

（4）有機物濃度（或有機負(fù)荷）

浮游球衣菌在含葡萄糖和蛋白質(zhì)各5g/L的培養(yǎng)基中不長衣鞘，不形成絲狀體而呈大的單個細(xì)胞存在，菌落接近圓形，邊緣光滑。在含葡萄糖和蛋白質(zhì)各1g/L的低濃度培養(yǎng)基中，浮游球衣菌形成小細(xì)胞而呈絲狀體，外披衣鞘，甚至呈假分枝茂盛生長，菌落為粗糙型。在生活污水和食品工業(yè)等有機廢水中，BOD5在100～200 mg/L，往往會使浮游球衣菌和菌膠團細(xì)菌的數(shù)量比例增大，浮游球衣菌的數(shù)量超過60%以上，占優(yōu)勢而導(dǎo)致活性污泥絲狀膨脹。

動膠菌屬在試驗培養(yǎng)基中，當(dāng)碳氮比大于10時，呈絮狀生長；若碳氮比小于10，不凝聚碳氮比低至5時分散生長。有時生活污水和工業(yè)廢水的碳氮比很低，活性污泥中呈絮狀的動膠菌屬不多見，而是分散性的動膠菌屬和其他菌膠團細(xì)菌一起形成大顆粒的絮凝體。工業(yè)廢水生物處理過程中也會發(fā)生活性污泥絲狀膨脹，如含硫化染料的印染廢水和屠宰廢水等。

此外，可能還會因pH變化而引起活性污泥絲狀膨脹。

活性污泥絲狀膨脹的機理目前，人們普遍接受的是用表面積與體積比假說解釋活性污泥絲狀膨脹的機理。在單位體積中，呈絲狀擴展生長的絲狀細(xì)菌的表面積與體積比絮凝性菌膠團細(xì)菌的大，對有限制性的營養(yǎng)和環(huán)境條件的爭奪占優(yōu)勢；絮凝性菌膠團細(xì)菌處于劣勢，絲狀細(xì)菌就能大量生長繁殖成優(yōu)勢菌，從而引起活性污泥絲狀膨脹。絲狀細(xì)菌和絮凝性菌膠團細(xì)菌的優(yōu)勢競爭表現(xiàn)在如下幾方面：

（1）對溶解氧的競爭

充氧效率與好氧微生物的生長量成正相關(guān)性。溶解氧的供給量要根據(jù)好氧微生物的數(shù)量、生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及濃度綜合考慮。例如，污水好氧生物處理的進水BOD5為200～300 mg/L，曝氣池MLSS為2000～3000 mg/L時，溶解氧要維持在2 mg/L以上。經(jīng)伍赫爾曼研究，曝氣池中溶解氧在2 mg/L時，直徑為500 μm的絮凝體中心點處的溶解氧只有0.1 mg/L，只有在絮凝體表面的微生物得到較多的溶解氧，絮凝體內(nèi)部多數(shù)微生物處于缺氧狀態(tài)。如果曝氣池溶解氧長期維持在較低的水平，則明顯有利于絲狀細(xì)菌優(yōu)勢生長。

（2）對可溶性有機物的競爭

運行經(jīng)驗和實驗室試驗證明：低分子糖類和有機酸有利于絲狀細(xì)菌生長，容易發(fā)生活性污泥絲狀膨脹。

（3）對氮、磷的競爭

索耶根據(jù)活性污泥的分子式求出BOD5、N和P之間的理想比例為BOD5：N：P=100：5:1。在處理生活污水和廢水時一般按此值設(shè)計和運行。如果氮磷比例小于索耶的計算值，在低氮和低磷的情況下，絲狀細(xì)菌具有大的比表面積，又有利于它與菌膠團細(xì)菌爭奪氮和磷而優(yōu)勢生長。

（4）有機物沖擊負(fù)荷影響

有機物沖擊負(fù)荷影響是指流人生產(chǎn)裝置的污（廢）水中有機物濃度、組成及流量發(fā)生急劇變化。以有機物濃度為例，曝氣池中有機物濃度突然增加，供氧量不變，由于微生物的呼吸迅速消耗溶解氧。溶解氧量降低，絲狀細(xì)菌和絮凝性菌膠團細(xì)菌爭奪溶解氧，絲狀細(xì)菌優(yōu)勢生長而引起活性污泥絲狀膨脹。

控制活性污泥絲狀膨脹的對策早期，控制絲狀細(xì)菌性的污泥膨脹，主要手段是利用絲狀細(xì)菌具有較大的比表面積，采用藥劑殺死絲狀細(xì)菌。但這種方法不能徹底解決污泥膨脹問題，相反，會導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化的不良后果。其原因是：殺菌劑不具有專一性，殺死絲狀細(xì)菌的同時，也殺死菌膠團細(xì)菌及其他的微生物。在實踐中人們發(fā)現(xiàn)：在正常的環(huán)境條件下絲狀細(xì)菌在活性污泥中和菌膠團細(xì)菌共同形成一個互生和諧的微生物生態(tài)體系。在這種互生關(guān)系中，菌膠團細(xì)菌偏重降解大分子有機物，絲狀細(xì)菌吸收低分子有機物，它們相互協(xié)同，高效穩(wěn)定凈化污（廢）水。所以，絲狀細(xì)菌是有益的。因此，只有利用曝氣池中的相關(guān)的設(shè)備經(jīng)濟有效地調(diào)整絲狀細(xì)菌和菌膠團細(xì)菌的比例，使菌膠團細(xì)菌的數(shù)量大于絲狀細(xì)菌，才能取得好的處理效果。投加無機或有機混凝劑或助凝劑以增加污泥絮體的密度，以增強其沉淀性能，可以改善或克服污泥絲狀膨脹。

解決活性污泥絲狀膨脹的問題，其根本是要控制引起絲狀細(xì)菌過度生長的具體環(huán)境因子。如溫度、溶解氧、可溶性有機物及其種類、有機物濃度或有機負(fù)荷等。但實際運行過程中，進水的溫度和進水中可溶性有機物一般是不可控制的。而溶解氧和有機負(fù)荷可控制，改革工藝、改進曝氣器的性能是控制污泥絲狀膨脹的有效辦法。2