在活性污泥膨脹早期的研究中，人們對于廢水水質(zhì)、運(yùn)行條件和絲狀菌過度生長之間的關(guān)系非常關(guān)注。對于水質(zhì)的影響，不同的研究者的觀點(diǎn)是一致的。在大量的實踐中總結(jié)出如下的幾種廢水水質(zhì)情況容易引起污泥膨脹：

(1)碳水化合物含量高的廢水；

(2)陳腐或腐化的廢水和含有大量H2S的廢水；

(3)含有大量可溶性有機(jī)物的廢水；

(4)含有有毒物質(zhì)的廢水；

(5)N、P含量不平衡的廢水；

(6)高或低pH值廢水；

(7)一些微量元素(如Fe等)缺乏的廢水；

(8)*混合曝氣池內(nèi)廢水；

(9)與城市污水相比較，工業(yè)廢水更易發(fā)生膨脹[1]。

對于運(yùn)行條件對膨脹的影響，人們的認(rèn)識很不一致。在實際生產(chǎn)的報道中負(fù)荷低會引起膨脹，負(fù)荷高也會引起膨脹；低溶解氧會引起膨脹，高溶解氧也會引起膨脹；*混合曝氣池會發(fā)生膨脹，推流式曝氣池也會發(fā)生膨脹；低C∶N比(或C∶P比)引起膨脹，高C∶N比(或C∶P 比)也會引起膨脹等等[1-3]。由于很多因素會造成污泥膨脹，對膨脹的報道眾說紛紜，使得人們對于污泥膨脹問題望而生畏。污泥膨脹問題是污水處理工藝中相對比較復(fù)雜的一個問題。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，首先，引起污泥膨脹的絲狀菌達(dá)30多種，所以實際活性污泥膨脹問題異常復(fù)雜。由于不同微生物生態(tài)要求不同，影響絲狀菌的因素較多。另外由于在活性污泥工藝的設(shè)計上國外大都采用低負(fù)荷系統(tǒng)，所以研究和報道的大部分是低負(fù)荷基質(zhì)限制型膨脹。設(shè)計規(guī)范建議的負(fù)荷范圍是屬于中等負(fù)荷(0.3kgBOD5/(kgMLSS·d))，在實際應(yīng)用中人們總是希望系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)，而采用高負(fù)荷，這就造成大部分污泥膨脹類型不同于國外。后有時某些研究者研究的單一目的性防礙了對污泥膨脹現(xiàn)象的全面地觀察。

2高負(fù)荷污泥膨脹的試驗現(xiàn)象

作者在水解-好氧工藝開發(fā)的小試和中試中，曾觀察到嚴(yán)重的污泥膨脹問題，對于控制污泥膨脹的各種措施進(jìn)行了研究，如：將*混合流態(tài)改變?yōu)橥屏髁鲬B(tài)，厭氧出水預(yù)曝氣，添加厭氧污泥等等。這些方法被證明在某些情況下可以減緩污泥膨脹問題，但是除加填料的方法外，都不能很好地長期控制污泥膨脹的發(fā)生[4]。經(jīng)過分析，這類的膨脹問題與低負(fù)荷(基質(zhì)限制)膨脹是不同的。在小試和中試中負(fù)荷分別為0.65kgBOD5/(kgMLSS·d) ～0.85 kg BOD5/(kgMLSS·d)。荷蘭De Man等人在處理UASB出水時，采用相對高的負(fù)荷( 0.3kgBOD5/( kgMLSS·d)～0.6kgBOD5/(kgMLSS·d))，也發(fā)生污泥膨脹。為了解決這個問題，他們在低負(fù)荷(0.12kgBOD5/(kgMLSS·d))下運(yùn)行，污泥的沉降性能明顯改善。雖然可以采用同樣的措施控制污泥膨脹，但系統(tǒng)在停留時間和能耗方面沒有明顯的優(yōu)勢。

3高負(fù)荷污泥膨脹的控制 

3.1負(fù)荷和溶解氧的影響

采用城市污水負(fù)荷為0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBOD5/(kgMLSS·d)，溶解氧濃度1.0mg/L～2.0mg/L，污泥齡為20天的*混合曝氣池(截面積1.0m2，高3.0m)。*階段由于絲狀菌的過度增殖，SVI從280mL/g上升到800mL/g，污泥濃度下降至0.68g/L，二沉池中污泥不斷流失。一般認(rèn)為在溶解氧為1.0mg/L～2.0mg/L條件下運(yùn)行的曝氣池不會發(fā)生污泥膨脹，而試驗中溶解氧濃度一直維持在這一水平，仍然發(fā)生了污泥膨脹。在第二階段，從第16天提高溶解氧濃度至3.0mg/L～5.0mg/L(平均4mg/L)可以觀察到SVI很緩慢地逐漸下降，污泥濃度不斷上升，在大約25天后，污泥濃度逐漸回升到1.5g/L，這時SVI下降到300mL/g。一般污泥膨脹發(fā)生速度很快，只要2～3天，而膨脹污泥的恢復(fù)很緩慢，往往需要3倍泥齡以上的時間。在一個污泥齡的時間內(nèi)，觀察到污泥沉降性能的明顯改善后，由于時間問題沒有繼續(xù)進(jìn)行觀察。 
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3.2加填料控制污泥膨脹

在生產(chǎn)性曝氣池頭部加占總池容15%軟填料，與傳統(tǒng)工藝不加填料時的SVI對比。加設(shè)軟性填料系統(tǒng)總停留時間為4h，負(fù)荷在0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBOD5/(kgMLSS·d)之間。從圖 2可見，在曝氣池供氧充足的條件下(氣水比(3.7～5)∶1)，加填料可很好地控制膨脹現(xiàn)象。

傳統(tǒng)曝氣池在相同條件下的運(yùn)行，在后期停留時間延長1倍。負(fù)荷降低1倍，SVI仍在200mL/g ～500mL/g之間，遠(yuǎn)高于加填料系統(tǒng)(SVI平均在100mL/g左右)。從填料池的分析來看，填料上附著生長的微生物以硫絲菌、021N型菌絲狀菌為主。填料池對有機(jī)酸的去除率高達(dá)80%，對COD去除率為50%，H2S從3.67mg/L降至0.77mg/L。從而去除了絲狀菌的生長促進(jìn)因素，有利于絮狀菌的生長。

事實上，填料池也相當(dāng)一個選擇器，其將絲狀菌固著于填料上在*個池子中選擇性地充分生長，但不進(jìn)入活性污泥絮體之中。而絮狀菌在第二個池內(nèi)生長，從而避免了污泥膨脹的發(fā)生。其主要的作用是降低污水的有機(jī)負(fù)荷，菌膜的脫落是次要因素。對于有機(jī)負(fù)荷的降低，是從兩方面進(jìn)行，首先是對有機(jī)物的直接去除，這個作用在分設(shè)的填料池中為明顯。其次是填料上生長的微生物量，增加了系統(tǒng)中總的生物量，從而降低了有機(jī)負(fù)荷。加填料控制污泥膨脹的方法很簡單，但缺點(diǎn)是增加了一定的投資，還有填料的更換問題。一般適宜小型污水處理廠使用，而大型污水處理廠一般不宜采用。

3.3池型和曝氣強(qiáng)度對污泥膨脹的影響

對城市污水在高負(fù)荷下進(jìn)行如下對比試驗，負(fù)荷同為0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBO D5/(kgMLSS·d)，停留時間為4h，氣、水比為(3.4～5)∶1。在試驗中發(fā)現(xiàn)呈推流式曝氣 (圖3) 的SVI要比同樣運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的*混合曝氣池的高100左右。在試驗中氣、水比為3.5∶1的情況下，推流式曝氣池的SVI上升到450mL/g左右，二沉池污泥面不斷上升，污泥溢流，發(fā)生污泥膨脹。強(qiáng)制排泥后，污泥濃度不斷下降。這時增加曝氣量之后，雖SVI略有下降，但由于污泥濃度恢復(fù)較慢。負(fù)荷比初始值要大的多，接近1.0kgBOD5/(kgMLSS·d)，SVI終仍在350mL/g左右。 
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這個試驗不但說明了溶解氧(宏觀)在控制污泥膨脹中的重要作用，同時說明曝氣池中實際 (微觀)的溶解氧濃度的不同對于膨脹的影響。在兩個池子停留時間、曝氣量、水質(zhì)、負(fù)荷等*一致的情況下，產(chǎn)生差別的原因是由于推流式曝氣池首端的溶解氧濃度，在整個試驗期間里一直等于零。而在*混合曝氣池中溶解氧濃度為2.0mg/L。這表明在高負(fù)荷的曝氣池的運(yùn)轉(zhuǎn)中，推流式曝氣池不利于改善污泥沉降性能。因為當(dāng)污水中存在大量容易降解的物質(zhì)，使得曝氣池氧的利用速率加快。造成氧的供應(yīng)速率低于氧的利用速率，特別是在曝氣池頭部更加嚴(yán)重。在這種情況下使氧成為限制因素，即使在曝氣池其它部位溶解氧濃度為1.0mg /L～2.0mg/L仍然發(fā)生膨脹。其原因在于首端負(fù)荷過高，嚴(yán)重缺氧造成絲狀菌從絮體中伸展出來爭奪氧氣，同時在后段的絲狀菌由于可以從主體溶液中直接吸取營養(yǎng)，比絮體本身中的菌膠團(tuán)菌有更高的生長速率，從而得到充分的增殖(充分伸展的絲狀菌阻礙了污泥的沉降)而造成了膨脹。從試驗結(jié)果來看，在曝氣池頭部的溶解氧保持在2.0mg/L(強(qiáng)化曝氣或再生池) ，可以有效地控制污泥膨脹。

3.4回流污泥射流強(qiáng)化曝氣

在以上研究和分析的基礎(chǔ)上，在推流曝氣池的首端采用回流污泥經(jīng)過射流曝氣器進(jìn)行強(qiáng)化曝氣，并輔以原有的中微孔曝氣器，這時首端小池的溶解氧從零提高到1.6mg/L，解決了首端供氧不足的矛盾。因而，SVI值不斷下降至160mL/g，這時射流攜帶空氣量很小。通過對回流污泥單獨(dú)射流和增加曝氣量的試驗結(jié)果的比較，可以得出如下結(jié)論：回流污泥射流對于污泥膨脹的控制作用，不是由于射流過程中對于絮體的切割，造成絲狀菌長度及生態(tài)環(huán)境變化而造成的結(jié)果，而是由射流過程中高的傳質(zhì)效率，提供了充足的溶解氧。在曝氣池首端造成了有利于菌膠團(tuán)菌生長的條件，抑制了絲狀菌的生長，從而控制了污泥膨脹。在首端強(qiáng)化曝氣可采用回流污泥射流，也可采用加大首端曝氣強(qiáng)度(供氣量)。從試驗結(jié)果來看，其對污泥膨脹的控制作用是十分有效的。這就為高負(fù)荷類型的污泥膨脹的控制提供了多種選擇方案。 
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4討論和結(jié)論 

4.1廣義的選擇器理論

在以上的分析和研究的基礎(chǔ)上，可對選擇器的概念進(jìn)行擴(kuò)展。事實上，所謂選擇即在一個容器中造成利于某種微生物生長的條件，從而達(dá)到使其不斷增殖的目的。選擇器可分為3種不同類型：

(1)選擇器類型(低基質(zhì)濃度型膨脹)：選擇器是在*混合池或推流曝氣池前加生物選擇器，在選擇器內(nèi)利用兩類細(xì)菌不同的生長速率選擇性地培養(yǎng)和發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌，使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌。

(2)間歇進(jìn)水型：如SBR反應(yīng)器等類型是在時間和空間上造成選擇。

(3)廣義的選擇器(低溶解氧型膨脹)：在較高負(fù)荷下，由于菌膠團(tuán)細(xì)菌具有高的攝取、貯存有機(jī)物的能力，結(jié)果沒有充分氧化有機(jī)物，造成飽和現(xiàn)象。使得菌膠團(tuán)細(xì)菌實際生長速率低于絲狀菌。同時也發(fā)生了溶解氧限制，易引起污泥膨脹。因此可采用如部分填料池、再生池和強(qiáng)化曝氣池等方法，恢復(fù)菌膠團(tuán)細(xì)菌的降解能力、提高供氧能力和降低負(fù)荷來控制污泥膨脹。

4.2防止污泥膨脹的設(shè)計

在污泥膨脹的控制中，采取必要的控制手段解除污泥膨脹固然十分重要，但更為重要的是在設(shè)計階段就防止污泥膨脹的發(fā)生。為此對不同的污水水質(zhì)，采取適當(dāng)?shù)姆乐刮勰嗯烀浀墓に嚕谪?fù)荷的選擇上避免容易引起污泥膨脹的負(fù)荷范圍，在運(yùn)行過程中調(diào)整正確的運(yùn)行參數(shù)，這都是十分重要的。即使這樣由于生產(chǎn)、生活的發(fā)展，也會引起污水水質(zhì)、水量變化而對污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)生影響。因此，在設(shè)計階段要盡可能準(zhǔn)備幾種有效的控制污泥膨脹的備用手段，是一個設(shè)計良好的污水處理廠的*條件。下面介紹某污水處理廠的設(shè)計考慮。其曝氣池的進(jìn)水為*溶解性、有機(jī)酸含量高、易引起污泥膨脹的污水。曝氣池設(shè)計污泥負(fù)荷為 0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)，為中、高負(fù)荷易引起污泥膨脹。雖然在這個設(shè)計參數(shù)下已經(jīng)過小試、中試證明可以避免污泥膨脹的發(fā)生，但在設(shè)計中還是要從多方面考慮控制污泥膨脹發(fā)生的措施。曝氣池為兩組平行的三廊道曝氣池。其中在*廊道首部分隔出一占總池容1/6小池，在池壁上預(yù)埋固定填料的埋件。進(jìn)水和回流污泥有兩個可能的進(jìn)入點(diǎn)A、B ，同時設(shè)有進(jìn)氣管調(diào)節(jié)閥門。以上這一系列措施，提供了控制污泥膨脹的多種運(yùn)行方式，下面分別一一說明。

(1)推流式運(yùn)行方式進(jìn)水與回流污泥都從A點(diǎn)進(jìn)入池子，沿廊道折返前進(jìn)。

(2)為減輕首端的負(fù)荷兩點(diǎn)進(jìn)水運(yùn)行方式回流污泥仍沿A點(diǎn)進(jìn)入，進(jìn)水分別沿A、B兩點(diǎn)進(jìn)入池內(nèi)，以免造成首端長期缺氧的情況。

(3)強(qiáng)化曝氣調(diào)整進(jìn)氣閥門造成首端曝氣強(qiáng)度明顯高于其它部位，可減緩首端缺氧的情況。

(4)再生式運(yùn)行方式進(jìn)水沿B點(diǎn)進(jìn)入池內(nèi)，回流污泥在小池內(nèi)再生，可以克服高負(fù)荷膨脹。

(5)選擇器按推流式的運(yùn)行方式，首端池本身就是一個好氧選擇器。事實上，對于某些情況按高負(fù)荷設(shè)計的曝氣池在運(yùn)行初期，往往是低負(fù)荷運(yùn)行。因此，本例也是有實際意義的。

(6)其它運(yùn)行方式上述各種運(yùn)行方式進(jìn)行組合，可以更加增加單項技術(shù)的效果。例如強(qiáng)化曝氣和二點(diǎn)進(jìn)水方式相組合。

以上的各種運(yùn)行方式大部分在實踐中證實對污泥膨脹有一定的控制作用，并且在設(shè)計中考慮，一不用增加投資、二不要增加運(yùn)行費(fèi)用，只要調(diào)整閥門和運(yùn)行方式即可，這充分說明合理設(shè)計的重要作用。在以上方式不能很好地解決膨脹問題時，還可考慮采用以下方式，但需要增加一定的投資。

(7)加填料控制膨脹由于在首端預(yù)埋了安裝填料的部件，其體積只占總體積的10%左右，增加投資有限，而對膨脹的控制是目前所有控制方法中為有效的方法。

(8)根據(jù)需要首端還可加設(shè)潛水射流泵在其它的實際污水處理廠的設(shè)計中，只要選擇1～2項為有效的備用方案即可。