环保粉状活性炭厂家污水厂应对污泥膨胀的技术管理

　　环保粉状活性炭厂家污水厂应对污泥膨胀的技术管理

　　环保粉状活性炭生产厂家污水厂应对污泥膨胀的技术管理。绝大多数的市政污水厂都是采用的活性污泥法作为主要的污水处理的核心，活性污泥法在污水处理中的必要性和优势已经在前面的文章中多次提到了，就不用再展开讨论了，但是活性污泥法在实际运行中，会出现一些问题，这些问题严重影响着污水厂的处理水质的达标，其中最常见的两个问题就是污泥膨胀和污泥泡沫问题。

　　污水厂的污泥膨胀可以说在污水厂的运营管理中是最常见的两种异常现象之一(另一种是污泥泡沫)，大多数污水厂在生产运行中都曾遇到过污泥膨胀，有些污水厂污泥膨胀甚至频繁发生，也使得很多污水厂的运行员工对污泥膨胀都有着不同程度的认识和理解，这也是运行人员口中的二沉池跑泥、翻泥的主要根源。污泥膨胀在很多专业技术人员都进行过各种研究，在各种污水处理的专业书籍，网站都能查到大量的关于污泥膨胀的资料文献，这些文献从很多不同方面对污泥膨胀都进行了详细的讨论。这么多的现场运行人员的认知，这么多的学术资料来讨论污泥膨胀，足以验证污泥膨胀在污水厂的运行管理中常见性和严重性。

　　如此海量的关于污泥膨胀的讨论，如此众多的污水厂处理员工的共同认识，都非常明确污泥膨胀是污水厂的最常见运行异常情况。污泥膨胀的危害在污水厂中基本人尽皆知，但是在实际的运行管理中，污水处理厂仍然不断的面临着突发性，甚至周期性的污泥膨胀的运行压力，这种情况相信在今后仍将不断发生。那么作为运营管理人员，究竟该怎样理解污泥膨胀呢?

　　污泥膨胀最大的危害是对于活性污泥法的沉降性能的恶化。在正常的活性污泥工艺中，需要在二沉池中活性污泥和水进行分离，二沉池底部的活性污泥回流，上清液出流到下一个构筑物内。当污泥膨胀出现后，泥水分界线模糊，污泥沉降比上升，二沉池内的活性污泥泥位高，二沉池的上清液溢流过程中，会携带活性污泥流出二沉池，这就是运行人员常说的二沉池带泥，翻泥的异常工况。污水厂中经过二级处理后的深度处理单元，主要以去除二沉池上清液中少量的悬浮物为主，但是当二沉池出水带泥，造成后续的深度处理单元压力增大，并且处理能力和停留时间远远不能保证高SS浓度的进水的处理，这样就造成了最终出水的水质中含有大量的悬浮物，造成COD，SS，TP等超标。

　　活性污泥膨胀期间，带来的一个副作用的问题出现在污泥脱水。正常的污水处理厂进行的污泥脱水，主要采用的都是机械脱水，通过高分子的药剂调理后，在经过机械的压力，离心，挤压等作用，把活性污泥之间的水分挤压出去，形成泥饼运输到后续的处置场所去。当发生膨胀以后，污泥之间的丝状菌或者细胞外物质会形成致密的组织，阻止机械的脱水作用，使其难以脱水，造成污泥脱水的效率下降，脱水后的泥饼的含水率增加。而泥饼含水率增加后，体积成线性比例的增长，实际脱出的污泥干物质下降，剩余污泥排放量也随之减少，污泥无法排除系统，使污泥膨胀加剧恶化;并且大量的含水率高的泥饼，体积远远大于低含水率泥饼体积，造成污泥外运压力增加，外运途中抛漏严重，影响恶劣。

　　污泥膨胀还带来一系列的次生问题，比如在膨胀期间，为了控制二沉池出水带泥的情况，污水提升量要进行控制，要低水力负荷下运行，造成污水不能进厂，从入口溢流，造成外界环境的污染;在膨胀期间，需要额外投加大量的药剂来改善活性污泥的沉降性能，造成成本的额外支出;二沉池出水带泥造成深度处理单元中的滤池严重堵塞，过水能力下降，如未能及时发现会造成污水从滤池的构筑物溢流到厂区内等等问题。

　　污泥膨胀带来的诸多问题，在很多污水厂都曾经或者正在经历着，在现阶段环保形势严峻，监管压力与日俱增的时期，污泥膨胀日益成为污水厂重点防范的异常工况。各个污水厂的工艺路线，运行状况，设备情况都不相同，造成污泥膨胀的原因也各不相同。很多技术文献都从各自不同的侧面进行了污泥膨胀原因的探讨，也提出了很多不同的解决和应对措施。

　　污泥膨胀从其根源来说，分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀，两种膨胀有各自不同的诱因和表现形式。丝状菌膨胀在传统的活性污泥法，氧化沟工艺中比较常见，非丝状菌膨胀在SBR，A2O工艺中较为多见。近年来具有脱氮除磷A2O工艺大范围在污水厂中采用，非丝状菌的的膨胀在污水厂中的出现的情况较多。不论那种污泥膨胀都有其特定的诱发原因和表象以及处理方式，这些在各种资料文献中都有很详细的描述，大家可以通过专业书籍和互联网络获取相关的知识。公众号接下来的内容将从丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀两个方面来和大家共同探讨活性污泥的膨胀的工艺管理措施，探讨的重点会放在如何在厂内进行工艺管理，从管理上对污泥膨胀进行预先控制和监管，对污泥膨胀出现过程中如何通过工艺管理来消除和减弱不良影响，对污泥膨胀控制后，如何进行分析整理，实现工艺管理资料的收集整理，做好工艺资料的建设和对今后的污泥膨胀的预防控制等方面，以实操性的工艺管理角度来解读污泥膨胀在污水厂的预防管控和防范。

　　对于污水厂来说，污泥膨胀分为两大种类，其中一种是丝状菌膨胀。

　　丝状菌在活性污泥中，是具有良性和劣性的一种特殊的微生物种群，它是负责构成活性污泥絮凝体骨架的重要微生物，活性污泥的絮凝体是由各种不同种类的微生物聚合而成的生物群落，而丝状菌凭借自身的结构形式，在絮凝体中形成网格骨架，把这些微生物纠缠聚合在一起，最终形成絮凝体，这就是丝状菌的良性作用，没有丝状菌，也就没有运行中常见的活性污泥絮凝体。但是在一定的条件下，丝状菌大量繁殖，导致在絮凝体骨架外伸，絮凝体之间通过丝状菌桥接在一起，造成絮凝体的沉降困难，泥水分离效果差，也就是污泥膨胀，这就是丝状菌的劣性。而运行工艺管理就是要更好的利用丝状菌的良性作用，规避其劣性作用。

　　根据微生物学的研究，在活性污泥中大约存在25~30种常见的丝状菌，其中能够引起污泥膨胀和生物泡沫的大概有15种丝状菌类型，这些丝状菌有着不同的生长环境的要求，在受到不同的外界的刺激的作用下，会大量繁殖，导致污泥膨胀。常见的污泥膨胀的丝状菌以及诱发原因如下表(1975，Eikelboom)所示：

已知的膨胀丝状菌类型	诱发原因
浮游球衣菌属，H.Hydrossis，Microthrix pavicella，1701型丝状菌	低DO浓度
M．parvicella，0041型，0092型，0675型，1851型丝状菌	低F/M，有机负荷低
H.Hydrossis,诺卡氏菌属，Nostocodia limicola，浮游球衣菌属，发硫菌属，021N型，0914型丝状菌	反应池是完全混合型
贝氏硫细菌属，发硫菌属，021N型，0914型丝状菌	厌氧腐化的污水，或者废水中存在大量的硫化物
浮游球衣菌属, 发硫菌属，(H.Hydrossis)，021N型，0041型，0675型丝状菌	工业废水进入厂内导致营养物质N，P大幅度变化（缺少或者增加），造成100：5：1的比例失调。
真菌	低PH值，工业废水进入厂内导致营养物质N，P大幅度变化（缺少或者增加），造成100：5：1的比例失调。

　　这些诱发原因来自于污水厂中的不同的方面，归结起来为下表的几个方面：

原因	说明
进水原因	进水的流量，组分，PH，温度，所含营养物质受到收集管网中的污染源的影响发生突变
设计原因	供气量的限制，搅拌不良，水力短路（曝气池，二次沉淀池等），二沉池设计缺陷（集泥系统，排泥系统，回流污泥系统等）等。
运行原因	低DO值，曝气量不足，营养不足，低F/M，污泥浓度过高导致的有机负荷低，溶解性的BOD不足等。

　　这些原因在不同情况下，造成污水厂内的活性污泥的不同种类的丝状菌得到优势生长，造成了污泥膨胀。在发生污泥膨胀和良好的污泥絮凝体之间的区别如图a~f：

　　这六张图显示了良好和较差的沉降性能的活性污泥絮凝体的实例：(a)丝状菌不明显的良好沉降絮凝物，(b)丝状菌开始发生桥接的絮凝体，(c)具有部分的丝状微生物的絮凝体，(d)从絮凝体延伸的长丝导致沉降不良的絮凝体(e)具有硫颗粒的发硫丝状菌(f)在低溶解氧条件下观察到的1701型丝状微生物。

　　其实在污水厂现阶段的运行状态下，能严格的把这些细菌种类区分开，从检测手段，运行人员的技术水平上，都有很大的难度。因此在实际运行中，我们引入丝状菌的丰度概念来进行丝状菌的观测检查，通过显微镜的镜检，把爆发丝状菌的絮凝体分为不同的丰度级别，来确认活性污泥的膨胀程度，如图一~八所示：

　　第0级：没有，所有的絮凝体上都没有丝状菌，絮凝体没有形成，属于活性污泥初期。

　　第1级：很少，在个别的絮凝体上看到丝状菌，沉降良好

　　第2级：一部分，不是所有的絮凝体上都有丝状菌，沉降良好

　　第3级：一般，所有的絮凝体上都有菌丝，但是密度较低，每个絮凝体上有1~5根菌丝，沉降良好

　　第4级：较多，所有絮凝体上都有菌丝，中等密度，每个絮凝体上有5~20根菌丝，沉降良好。

　　第5级：丰富，所有絮凝体上都有菌丝密度很高，每个絮凝体上超过20根菌，沉降恶化，污泥膨胀。

　　第6级：很多，大量菌丝形成丝网，沉降恶化，污泥膨胀。

　　通过这些图表，我们基本能够鉴别出污水厂内的活性污泥中的丝状菌的发展情况和原因判断，在鉴别出污泥膨胀是由于丝状菌爆发导致，那么在膨胀期间，运行人员又该如何进行活性污泥膨胀的工艺控制呢?

　　临时应急措施：

　　较为普遍的是投加杀菌剂。在丝状菌的污泥膨胀期间，丝状菌大量繁殖，成为絮

　　凝体中的主导微生物，在回流污泥中投加杀菌剂后，主导微生物丝状菌优先受到杀菌剂的作用，对其起到断丝灭杀。但是由于杀菌剂都是具有广谱杀菌的作用，在投加时要严格控制投加量，一般以氯计算，在生物池中停留时间为5~10小时的膨胀的活性污泥系统里，投加量为0.002~0.008Kg/KgMLSS d。一般采用的杀菌剂有氯及次氯酸钠，双氧水，臭氧等。

　　工艺调控措施：

　　工艺调控要针对污泥膨胀的原因进行实际运行情况的分析，针对分析的结果进行工艺调控，比如低DO引发的污泥膨胀，要加开风机，使生物池内的供风量增加，从而增加DO;低F/M诱发的膨胀，要进行及时的排泥，降低MLSS浓度，提高F/M值等。但是工艺调控措施由于受到大量丝状菌的影响，基数巨大的丝状菌对工艺调控的缓冲和反弹作用非常明显，特别是污泥脱水受到丝状菌膨胀的影响，大量的污泥回流干扰工艺调控的作用，工艺调控措施在污泥膨胀期间见效较慢，容易造成次生的危害，在实际运行中要综合考虑多种因素，多种工艺调控措施综合使用，加快工艺调控措施的作用发挥。

　　设计改进措施：

　　对丝状菌的研究发现，改变完全混合型的生物池结构，增加选择区和厌氧缺氧好

　　氧的环境结构会使活性污泥中有利于絮凝体生长的细菌的速度高于丝状菌的生长速度，从而抑制丝状菌的发展，避免活性污泥膨胀。也正是这种原因在现阶段大量采用A2O工艺后，丝状菌导致的活性污泥膨胀情况越来越少，丝状菌诱发的膨胀更多的发生在氧化沟工艺等工艺中。

　　从实际运行中，活性污泥膨胀一旦爆发，往往控制难度极大，措施难以见效，因此针对污泥膨胀更有效地措施来自于日常的预防，日常的预防是需要污水厂建立更有系统的管理体系，可以从这些方面进行系统化的建设：

　　1、 建立进水的水质水量分析体系。

　　进水的水质水量的波动是造成丝状菌膨胀的主要因素之一，一个地区的污水水质

　　在一定时期内的变化是具有规律性的，通过长期的检测，并分析其结果，往往能够预测出水质水量的变化规律，通过变化规律，进行合理的工艺调控，从而避免丝状菌的诱发因素的出现。特别是建立对污水收集片区的企业排水的污染指标分析档案，从环保以及厂内做好应对措施，减少营养物质的不均衡变化造成的丝状菌的膨胀。

　　2、 建设严格的过程检测分析体系。

　　活性污泥絮凝体是由丝状菌和其他微生物共同构成的生物综合体，通过日常的沉

　　降性能SV，SVI的检测，特别是建立对丝状菌丰度水平的检测，是能够预判丝状菌爆发的，在丝状菌逐步增加的时期，及时分析其诱因，并采用相应的工艺措施，避免其发生，这样的控制手段具有良好的作用。这需要污水厂建设系统的过程检测及分析体系，通过过程参数的检测和数据积累，以及月度，季度，年度的分析，形成完整的体系，最终实现预判性的工艺控制。

　　3、 完善的工艺设备管理体系。

　　在污水厂投入稳定运行后，设备运行工况的良好，往往是造成工艺运行问题的主

　　要根源，在 厂内实施高效的设备管理体系，是保证设备的稳定运行，工艺良好保证的基础，也是控制污泥膨胀的工艺预措施之一。

　　在现阶段的污水厂工艺中，针对除磷脱氮工艺进行了选择区的设计，在很大程度上抑制了丝状菌的膨胀出现的机率，但是很多污水厂仍然持续的出现污泥膨胀，即使采用了对丝状菌很有控制作用的A2O的工艺的污水厂，也有污泥膨胀的情况出现。这种膨胀在镜检下没有过多的丝状菌，但是沉降性能也较差，这种膨胀称为非丝状菌膨胀。污泥膨胀的技术管理的下篇，我们来讨论下非丝状菌的污泥膨胀。

　　活性污泥的非丝状菌的膨胀在学术界的认为主要原因是来自于EPS(ExtracellularPolymeric Substances)--细胞外聚合物。污水处理的过程中，去除污水中的有机物和营养物质需要活性污泥的絮凝体，这些絮凝体由微生物形成絮凝物质或者生物膜构成。细胞外聚合物物质(EPS)是絮凝体中生物膜和絮凝物中的粘合剂。一般来说EPS由多糖，蛋白质，DNA和腐殖质组成，可以附着在细胞上(荚膜)或溶液中游离(非荚膜)。在典型的活性污泥絮凝体中，EPS要占到总有机物质的50-90%。

　　可以说在活性污泥的絮凝体中，EPS和丝状菌起的作用都很重要，EPS起到细胞膜和絮凝体的粘结剂的作用，而丝状菌起到活性污泥絮凝体中的骨架作用，但是和丝状菌一样，丝状菌大量繁殖会导致絮凝体之间形成桥接作用，导致活性污泥沉降性能变差。EPS大量产生的时候，会在絮凝体周围分布大量的粘性物质，这些过量的粘性物质导致活性污泥的絮凝体沉降困难，并在表面形成油状物质分布。这也是非丝状菌膨胀的主要成因，在很多采用有选择区的活性污泥法中的工艺中，这种非丝状菌的膨胀比较普遍存在。

　　由于非丝状菌的膨胀和丝状菌膨胀表现不一样，只是通过显微镜观察活性污泥絮凝体的丝状菌的分布是无法判断非丝状菌的膨胀的，EPS从显微镜下观察和絮凝体周边的絮状物区别不大，很难界定EPS生长是否过量，因此对EPS的光学显微镜观察需要进行特殊的操作。一般采用革兰氏染色法，但是染色法步骤较多，比较方便快捷的是采用印度墨水的方式进行染色。

　　在活性污泥絮凝物中测量EPS的最简单方法是使用现有显微镜进行印度墨水测试。印度墨水可以在各种的专业墨水销售店内买到。印度墨水中含有悬浮在水中的精细研磨的碳颗粒，对普通的絮凝体物质都能实现碳颗粒的染色作用，但是对粘稠的EPS则无法染色，因此可以通过印度墨水的染色作用来区别EPS在絮凝体中所占的比例情况。要在显微镜下使用印度墨水，请按以下步骤操作：

　　1. 移取一小滴曝气池混合液到载玻片上

　　2. 将更小的印度墨水滴添加到载玻片的混合液液滴上，比例以把混合液水滴染色为深灰色或者黑色为准。

　　3. 将盖玻片放在载玻片上

　　4. 使用显微镜观察染色后的混合液。

　　5. 印度墨水会将絮凝体内的各种物质染成深灰色或者黑色，导致底部的光线无法透过。但是光线能够透过的光亮的区域，就是是印度墨水无法染色的高浓度EPS絮状物。

　　6. 请注意液滴中光亮区域的大小和数量，应做好记录。

　　7. 这就是检测EPS的印度墨水染色检测方法。

　　由于EPS的变化和丝状菌变化具有相同的从内向外的影响，它的产生发展与外界水质变化，内部工艺操作都有一定的关联，在化验室应该每周至少进行2次印度墨水的EPS测试，并注意每次EPS的变化，做好记录，有条件的进行拍照比对，以检查EPS的变化情况，预判非丝状菌膨胀的发生和控制。

　　在污水处理微生物中Zooglea种群是判断为絮凝物形成有关的废水生物之一。虽然这种微生物不是絮凝体形成EPS的唯一细菌，但Zooglea种群的微生物在大多数污水处理厂中比较常见，在学术界的普遍认知，认为这种微生物可能是非丝状膨胀，是难以脱水的生物絮凝体产生以及难以沉降的原因。

　　针对zooglea细菌的研究发现，营养元素(氮和磷)的不均衡会造成这种细菌的大量繁殖，其中还有由于缺乏微量营养素(铁和其他微量元素)也会导致出现它的过量繁殖。在城市污水系统中，往往氮磷的营养都是过剩的，比例性的缺乏是很难遇到的。但是在运行控制中，如果存在严重程度的工业废水的排入，导致比例失调，或者通过添加铁盐的初级处理沉淀过多的磷酸盐，则可以导致水中P的缺乏。研究还发现，Zooglea细菌有利于更高的F / M比例，并且由于污水中的某些醇和有机酸而大量繁殖。

　　非丝状菌的膨胀，与丝状菌膨胀的控制最大的不同在于，出现非丝状菌的膨胀时，不能通过消毒剂的作用来进行杀菌，因为杀菌剂会导致在生物池内出现大量的生物泡沫。

　　通过长期稳定的生物镜检工作，当检测到EPS从好变为坏的情况时，根据相关的研究会有以下的一些原因造成：

　　• 低营养素 - 通常是氮和磷- 当微生物面临营养相关的压力时，微生物就会聚集或者捕获EPS，以便从EPS的基质中的重要营养素，从而使絮凝体外聚集了更多的EPS。

　　• 进水中的高浓度的可溶性有机物 – 絮凝体中的微生物利用EPS积累可溶性有机物进行后续的消化作用，长时间高有机负荷积累，就会造成絮凝体周边的EPS过量

　　• 不溶性有机化合物，如油脂，油和长链脂肪酸，虽然通常与诺卡氏菌形成生长生物泡沫，但油脂也会导致絮凝体的EPS生成，这也是很多污水厂在冬季出现的油脂进水导致的生物泡沫和污泥膨胀伴随发生的主要原因之一。

　　• 微生物的生存环境的影响。一些极端温度，pH值和对微生物具有抑制性有毒有害物质流入生物池内，这些异常情况就会对微生物施加压力，絮凝体出于自身的保护作用，就会产生更多的EPS用于保护，长期受到异常影响就会堆积大量的EPS在絮凝体周边，从而演化成非丝状菌膨胀。北方污水厂在低温期间沉降性能变差，出现的非丝状菌膨胀可以用这种理论进行解释。

　　细胞外聚合物(EPS)存在于细胞外和微生物聚集体内部，并且是微生物聚集体中的主要成分。在污水处理系统中，EPS可以影响污泥的沉降性能和微生物聚集的性能，并且EPS会参与絮凝体表面的生物膜的形成和稳定性，对活性污泥的形成有重要的影响。特别是在现阶段较多污水厂采用的MBR工艺中，也是造成MBR膜污染重要的物质。因此EPS和丝状菌一样，在污水的生物处理中表现出双重作用，由于诱发非丝状菌膨胀的EPS的特殊性，针对EPS的学术研究还在不断地深入开展中，也希望更多的污水厂来关注EPS引起的非丝状菌的膨胀在污水厂中实际观测和控制，通过EPS的长期观察来控制来判断微生物聚集体性质的变化，从而改善系统性能，最终实现非丝状菌膨胀的有效控制。

　　由于非丝状菌的膨胀的研究远远少于丝状菌膨胀的研究，大多数污水厂对其的判断也缺乏足够的认识，因此在非丝状菌膨胀的EPS的污水厂技术调控措施较少，大家可以通过上一篇的丝状菌膨胀的技术控制内容来进行这方面的摸索，希望本文能带给更多的污水厂的同行，认识EPS造成的非丝状菌膨胀，并加以注意和有效的控制。

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