污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡的比较分析

摘要：活性污泥法由于操作简单、处理效果好被广泛应用于市政污水和工业废水的处理。污泥膨胀和污泥发泡现象影响二次沉淀池的泥水分离过程和生物反应池的微生物量稳定，严重困扰着污水处理厂的正常运行，被称为污水处理厂的“癌症”。本文从污泥膨胀和污泥发泡的定义及分类出发，全面地比较了表征污泥膨胀和污泥发泡的方法、引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌种类及控制污泥膨胀和污泥发泡方法的异同，并探讨了污泥膨胀和污泥发泡问题的未来研究方向和控制策略，期望能够为今后污泥膨胀和污泥发泡问题的研究和调控提供有价值的参考。

关键词：污水处理厂，活性污泥工艺，污泥膨胀，污泥发泡

引言

活性污泥工艺由于处理效果好、操作简单、运行费用低等一系列的优点，被广泛地应用于市政污水和工业废水的处理。污水处理厂的污泥膨胀和污泥发泡现象联系密切又各有特点。本文基于活性污泥法污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡现象的研究现状，从污泥膨胀和污泥发泡的危害、分类、表征方法、成因和控制方法等几个方面进行了比较分析，以及对污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡现象的研究提供一些科学参考。

1污泥膨胀和污泥发泡的定义、分类及危害

污泥膨胀是指污泥体积变大、含水率增高、在二次沉淀池不易沉淀的现象。污泥膨胀总体上分为两大类：丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。状菌膨胀是活性污泥絮体中的丝状细菌(偶尔是丝状真菌)过度繁殖而导致活性污泥沉降性能变差的现象；非丝状菌膨胀又称黏性膨胀或菌胶团膨胀，由菌胶团菌大量产生高黏性物质引起，是非丝状细菌过量而污泥沉降性能变差的现象，现象主要在污水水温较低而污泥负荷太高或者进水中氮、磷等营养物缺乏的情况下发生。当发生活性污泥膨胀时，污泥体积指数(SVI)升高(通常SVI值超过150即认为发生污泥膨胀现象)，活性污泥絮体的结构比正常絮体松散，体积增大，含水率增高，澄清液变少。此外，由于在二次沉淀池不易沉淀，出水污泥含量增高，导致回流污泥量和生化反应池内污泥量减少，最终破坏生化反应池的正常运行。在发生污泥膨胀的活性污泥法处理厂中，约有95%的污泥膨胀现象与活性污泥中丝状细菌的大量增殖有关。丝状细菌污泥膨胀现象一旦发生，污泥的沉降性能在短时间内很难恢复。

污泥发泡是指大量泡沫出现在生化反应池和二次沉淀池，给活性污泥法污水处理厂的运行和处理效果带来负面影响的现象。污泥发泡总体上也可以分为生物发泡和非生物发泡。污泥生物发泡是由于过度增殖的特定丝状细菌与污泥中的气泡和颗粒混合而形成稳定泡沫的现象。这种泡沫颜色呈棕色或灰褐色，非常粘稠，一般在生化反应池表面堆积，当污泥发泡严重时，会出现在二次沉淀池表面。污泥非生物发泡主要是由于进水水质异常和操作异常而引起的污泥发泡现象，该现象发生时活性污泥中的丝状细菌无过度繁殖。

目前在污水处理过程中发生的污泥非生物发泡现象可以分为两种类型：(1)人工合成表面活性剂泡沫。这种泡沫会出现在两种情况下。。第一种情况是发生在含有难降解表面活性剂物质(比如烷基苯磺酸盐类物质)的工业污水处理厂中，微生物对这些表面活性剂的降解效率很低，导致大量泡沫出现在生化反应池和二次沉淀池。由于环保意识的提高，易生物降解洗涤剂在日常生活中得到广泛推广，因此，目前这种泡沫很少出现。第二种情况是发生在活性污泥法污水处理厂运行初期的活性污泥培养阶段，接种微生物对市政污水中存在的各种表面活性物质的去除率较低，这时会有很多泡沫出现在生化反应池，该现象也称为启动泡沫。

2污泥膨胀和污泥发泡的表征方法

对污泥膨胀和污泥发泡现象的表征是判断该类现象发生的依据及解决这些问题的基础，它们的表征方法显著不同。

污泥膨胀的表征方法比较确定。目前都是通过测定活性污泥的SVI值来评价污泥膨胀现象发生与否。

一般情况下，沉降性能良好的活性污泥的SVI值在50?150之间，SVI值超过150即表征着该污水处理厂发生污泥膨胀现象。目前，污泥发泡现象没有固定的表征方法。现有的一些表征方法各有优劣，具体有：(1)模拟曝气法。该方法是对量筒内的活性污泥进行模拟曝气，通过量筒中泡沫的体积变化以及泡沫的稳定时间进行污泥发泡分级。这种方法能在短时间内得到活性污泥的发泡潜能及泡沫稳定性的判断结果，但是这些结果并不能代表生物反应池的实际状态。(2)细胞表面疏水性实验。该方法是将活性污泥中的微生物在水相和疏水相进行分配，通过测定处理前后水相吸光度判断活性污泥的发泡能力。这种方法对纯培养菌株的判定效果较好，实际活性污泥样品中的复杂物质很容易影响该测定过程。(3)表面张力法。该方法是利用丝状细菌会引起活性污泥表面张力下降的特性，通过测定活性污泥表面张力的变化判断污泥发泡的潜能。(4)丝状细菌检测法。识别泡沫中丝状细菌的种类和含量判定活性污泥的发泡等级，研究表明，活性污泥泡沫层中富集了大量不同类型的丝状细菌，这些丝状细菌是引起污泥生物发泡的主要微生物。

3引起污泥膨胀和污泥发泡的丝状细菌

同种生物在不同培养状态下会出现形态差异，而亲缘关系差异巨大的微生物也可能表现出相同的形态，这些现象导致即使是经验丰富的科研人员也很难根据传统分类方法鉴定丝状细菌。加之污泥中许多微生物还属于未培养之列，更增加了传统分类的难度。目前，各种分子生物技术，如FISH、高通量测序技术、宏基因组测序技术等发展迅速，为及时、全面和准确地获取污泥中丝状细菌的基因信息提供了很大帮助，促进了丝状细菌的进一步分类。

4控制方法

目前，对污泥膨胀现象和污泥发泡现象的调控思路比较相似，主要分为两大类。第一类是非特异性方法，采用物理化学的方法调控污泥发泡和污泥膨胀；第二类方法是特异性方法，先通过分子生物学方法解析活性污泥微生物生态以确定引起污泥发泡的丝状细菌类型，通过改变操作条件、增加选择器或者引入其它物种调控该类丝状细菌的增殖，以达到控制污泥膨胀和污泥发泡现象的目的。

4.1物理方法

污泥发泡的危害很大程度上来源于其泡沫层，因此可以采用喷洒水及人工或机械清理泡沫层的物理方法调控污泥发泡现象。喷洒水是一种简单的物理方法，但是被水喷散的泡沫仍然存在于混合液中，所以不能根本消除泡沫现象。通过人工或机械将泡沫打捞清除会增加生产成本，后续如何处置这些生物泡沫仍是很大的难题。类似物理性方法不能用于污泥膨胀现象的控制。

4.2化学方法

调控丝状细菌引起的污泥膨胀和污泥发泡现象的化学方法主要包括投加氧化剂和消毒剂或者混凝剂。投加的氧化剂和消毒剂主要有氯、次氯酸、过氧化氢、臭氧、季铵盐等。由于引起污泥膨胀和污泥发泡现象的丝状细菌具有独特的分散形态特征，使得其在活性污泥中暴露的比表面积大于其它菌胶团菌暴露的比表面积，当使用氧化剂进行杀菌时，暴露多的丝状细菌能优先被杀灭。

5结束语

在未来的研究中，可以进一步利用不断发展的分子生物学技术和微生物单细胞分离技术确定不同污水处理厂污泥膨胀和污泥发泡现象发生的关键丝状细菌，得到这些丝状细菌的纯培养菌株并研究其生理化特性，为污泥膨胀和污泥发泡现象的控制提供理论基础。基于生态学方法调控污泥膨胀和污泥发泡现象是一种生态友好的调控方法，有着广阔的发展前景。虽然目前研究表明可以通过在活性污泥中引入噬菌体或轮虫达到控制丝状细菌增殖的目的，但仍需深入系统地研究才能在实际污水处理厂进行推广应用。

参考文献

[1]李再然.微生物强化剩余污泥好氧消化的过程研究[D].北京:北京化工大学硕士学位论文，2014

[2]李雪.微生物法预处理污泥厌氧消化过程性能优化研究[D].北京:中国农业大学博士学位论文，2015