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關(guān)于污泥膨脹機(jī)理的詳解

時(shí)間:2020-11-3閱讀:640
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污泥膨脹指污泥結(jié)構(gòu)極度松散,體積增大、上浮,難于沉降分離影響出水水質(zhì)的現(xiàn)象。基本上各種類型的活性污泥工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹,而且一旦發(fā)生難以控制,通常都需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)調(diào)整。污泥膨脹的發(fā)生率是相當(dāng)高的,在歐洲近百分之五十的城市污水廠每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發(fā)生,在中國(guó)的發(fā)生率也非常高。針對(duì)污泥膨脹,各方面的理論很多,但并不*一致,甚至有很多相互矛盾,這給水處理工作者造成很大的麻煩。

一、污泥膨脹特點(diǎn)

污泥結(jié)構(gòu)松散,質(zhì)量變輕,沉淀壓縮性能差;SV值增大,有時(shí)達(dá)到百分之九十,SVI達(dá)到300以上;大量污泥流失,出水渾濁;二次沉淀難以固液分離,回流污泥濃度低,有時(shí)還伴隨大量的泡沫的產(chǎn)生,無(wú)法維持生化處理的正常工作。

污泥膨脹是生化處理系統(tǒng)較為嚴(yán)重的異?,F(xiàn)象之一,它直接影響出水水質(zhì),并危害整個(gè)生化系統(tǒng)的運(yùn)作。

污泥膨脹的發(fā)生率是相當(dāng)高的,在歐洲近50%的城市污水廠每年都會(huì)有不同程度的污泥膨脹發(fā)生,在中國(guó)的發(fā)生率也非常高。基本上目前各種類型的活性污泥工藝都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污泥膨脹不但發(fā)生率高,發(fā)生普遍,而且一旦發(fā)生難以控制,通常都需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)調(diào)整。針對(duì)污泥膨脹,各方面的理論很多,但并不*一致,甚至有很多相互矛盾,這給水處理工作者造成很大的麻煩。

二、污泥膨脹類型

1、非絲狀菌膨脹

非絲狀菌膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負(fù)荷太高的時(shí)候,此時(shí)細(xì)菌吸附了大量有機(jī)物,來(lái)不及代謝,在胞外積貯大量高粘性的多糖物質(zhì),使得表面附著物大量增加,很難沉淀壓縮。而當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時(shí),也有可產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因?yàn)槿羧钡?,微生物便于工作不能充分利用碳源合成?xì)胞物質(zhì),過(guò)量的碳源將被轉(zhuǎn)化為多糖類胞外貯存物,這種貯存物是高度親水型化合物,易形成結(jié)合水,從而影響污泥的沉降性能,產(chǎn)生高粘性的污泥膨脹。非絲狀菌污泥膨脹發(fā)生時(shí)其生化處理效能仍較高,出水也還比較清澈,污泥鏡檢也看不到絲狀菌。非絲狀菌膨脹發(fā)生情況較少,且危害并不十分嚴(yán)重。

2、非絲狀菌膨脹

絲狀菌膨脹在日常實(shí)際工作中較為常見,成因也十分復(fù)雜。影響絲狀菌污泥膨脹的因素有很多,首先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是活性污泥是一個(gè)混合培養(yǎng)系統(tǒng),其中至少存在著30種可能引起污泥膨脹的絲狀菌。而絲狀菌在與活性膠團(tuán)系統(tǒng)共生的關(guān)系中是*的一類重要微生物。它的存在對(duì)凈化污水起著很好的作用。它對(duì)保持污泥的絮體結(jié)構(gòu),保持生化處理的凈化效率,及在沉淀中起著對(duì)懸浮物的過(guò)濾作用等都有很重要的意義。事實(shí)也證明在絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌平衡時(shí)是不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹,只有當(dāng)絲狀菌生長(zhǎng)超過(guò)菌膠團(tuán)細(xì)菌時(shí),才會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。

三、污泥膨脹幾種理論

1、A/V假說(shuō)

當(dāng)混合液中基質(zhì)收到限制或控制時(shí),由于比表面積大的絲狀菌獲取基質(zhì)的能力要強(qiáng)于菌膠團(tuán),因而菌膠團(tuán)受到抑制,絲狀菌大量繁殖;

2、動(dòng)力選擇性理論

以微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),根據(jù)不同種類微生物具有不同的zui大比生長(zhǎng)速率和飽和常數(shù),分析絲狀菌與菌膠團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)情況;

3、饑餓假說(shuō)

將活性污泥中微生物分為三類,di一類是菌膠團(tuán)細(xì)菌,第二類是具有高基質(zhì)親和力但生長(zhǎng)緩慢的耐饑餓絲狀菌,第三類是對(duì)溶解氧有高親和力、對(duì)饑餓高度敏感的快速生長(zhǎng)絲狀菌;

4、存儲(chǔ)選擇理論

在底物風(fēng)度的狀態(tài)下,非絲狀菌具有貯存底物的能力,而被貯存物質(zhì)在底物匱乏時(shí)能夠被代謝產(chǎn)生能量或合成蛋白質(zhì)。但是一些絲狀菌也具有底物貯存能力,底物貯存能力不能*用來(lái)解釋污泥膨脹機(jī)理;

5、氮氧化氮假說(shuō)

CASEY提出低負(fù)荷生物脫氮除磷工藝的污泥膨脹假說(shuō),如果缺氧區(qū)的反硝化不充分,導(dǎo)致好氧區(qū)存在亞硝酸氮,那中間產(chǎn)物NO、N2O就會(huì)抑制菌膠團(tuán)的好氧細(xì)胞色素,進(jìn)而抑制其好氧情況下的基質(zhì)利用,相反一些絲狀菌只能將硝酸氮還原為亞硝酸氮,因此不會(huì)在反硝化條件下胞內(nèi)積累NO和N2O,絲狀菌就不會(huì)在好氧段被抑制,因而更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。亞硝酸與SVI有一定的正相關(guān)性。沉淀性能良好的污泥粒徑分布較廣,且以球菌為主,膨脹污泥的粒徑大都在10μm以內(nèi),污泥較為細(xì)碎。

四、污泥膨脹的影響因素

1、溫度

低溫有利于絲狀菌生長(zhǎng),Daigger等人發(fā)現(xiàn)10℃容易導(dǎo)致絲狀菌性污泥膨脹,而污水溫度提高到22℃則不容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象;

2、pH

活性污泥微生物適宜pH范圍為6.5~8.5,pH小于6時(shí),菌膠團(tuán)活性減弱,生長(zhǎng)受到抑制,但絲狀菌能大量繁殖,取代菌膠團(tuán)成為優(yōu)勢(shì)種群,污泥的沉降性能明顯變差并發(fā)生污泥膨脹。pH值低于4.5時(shí),真菌*占優(yōu)勢(shì)。

3、DO

低DO是引起絲狀菌污泥膨脹的主要原因之一,若DO成為限制因子,菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受抑制,而絲狀菌因具有巨大的比表面積,更易獲得溶解氧進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。具有低Ks的絲狀菌在低基質(zhì)濃度下,具有比菌膠團(tuán)高的比生長(zhǎng)速率,這可以解釋基質(zhì)限制、溶解氧限制和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)限制引起的污泥膨脹現(xiàn)象。只要溶解氧成為限制,任何負(fù)荷下都會(huì)發(fā)生污泥膨脹。污水處理中DO控制在2左右,太高太低都容易引起污泥膨脹。

4、F/M

低負(fù)荷情況下,由于絲狀菌具有巨大的比表面積,低Ks,其對(duì)碳源有較強(qiáng)的親和力,優(yōu)先利用碳源,造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。低F/M經(jīng)常出現(xiàn)在*混合式曝氣池、大回流比的氧化溝(如卡魯薩爾氧化溝)、沿程分散進(jìn)水曝氣池中;低負(fù)荷容易引發(fā)絲狀菌污泥膨脹,高負(fù)荷容易引發(fā)污泥粘性膨脹。負(fù)荷分布不均,好氧區(qū)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)易造成絲狀菌大量增殖。

高有機(jī)負(fù)荷下,反應(yīng)器內(nèi)底物充裕,在這種情況中菌膠團(tuán)比絲狀菌具有更強(qiáng)的吸附與存貯營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力,能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖,具有較高的比生長(zhǎng)速率,抑制了絲狀菌的生長(zhǎng),但是如果DO濃度不夠,在0.5mg/L以下,菌膠團(tuán)在低溶氧的條件下增殖受到抑制,而絲狀菌由于其具有更大的比表面積,即使在低溶氧的條件下也能獲得氧,其增殖速率明顯高于菌膠團(tuán),發(fā)生高負(fù)荷低DO下的污泥膨脹;低負(fù)荷下由于長(zhǎng)時(shí)間缺少足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),菌膠團(tuán)生長(zhǎng)受到抑制,而絲狀菌具有較大的比表面積,其菌絲會(huì)從菌膠團(tuán)中伸展出來(lái)以增加其攝取營(yíng)養(yǎng)的表面積。

由于研究者的研究背景和研究條件不盡相同,研究結(jié)果也很不一致尤其是關(guān)于有機(jī)負(fù)荷與污泥膨脹關(guān)系的說(shuō)法也比較混亂。高低有機(jī)負(fù)荷都可能引起污泥膨脹,F(xiàn)ord和Eckenfeilder等人發(fā)現(xiàn)高低負(fù)荷下都可能發(fā)生污泥膨脹,Palm等人認(rèn)為根據(jù)負(fù)荷不同,在任何DO濃度條件下都可能發(fā)生膨脹,Chudoba等人認(rèn)為即使對(duì)于推流式曝氣池,雖然沿吃長(zhǎng)方向存在著高的濃度梯度,但在高負(fù)荷下也會(huì)發(fā)生污泥膨脹。

5、N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

通常認(rèn)為污水中BOD:N:P=100:5:1為微生物的適宜比例。N、P含量不均衡的廢水,會(huì)引發(fā)絲狀菌與非絲狀菌膨脹,絲狀菌膨脹:有研究發(fā)現(xiàn)在缺N的情況下,由于絲狀菌具有巨大的比表面積,低Ks,其對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有較強(qiáng)的親和力,優(yōu)先利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);非絲狀菌污泥膨脹:BOD5/N為100:3時(shí),菌膠團(tuán)未能有充分的N完成代謝,于是把有機(jī)物以高親水性的多糖胞外聚合物(EPS)的形式貯存在胞外。因此要降低進(jìn)水C/N比。

6、微量元素

*混合活性污泥法會(huì)助長(zhǎng)絲狀菌的過(guò)量生長(zhǎng),這可用痕量金屬缺乏癥理論分析。由于絲狀菌具有比菌膠團(tuán)更大的比表面積,其在痕量金屬含量不足時(shí)比后者具有更大的對(duì)痕量金屬的吸附能力,從而抑制了菌膠團(tuán)的生長(zhǎng)。

7、有毒物質(zhì)

當(dāng)有毒工業(yè)廢水進(jìn)入污水廠時(shí),活性污泥中的微生物要出現(xiàn)中毒現(xiàn)象,Novak在對(duì)非絲狀菌膨脹的研究中發(fā)現(xiàn),菌膠團(tuán)吸收污水中的有毒物質(zhì)后,粘性物質(zhì)分泌減少,生理活動(dòng)出現(xiàn)異常,可能引起污泥膨脹。

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