環保粉狀活性炭廠家污水廠應對污泥膨脹的技術管理

　　環保粉狀活性炭生產廠家污水廠應對污泥膨脹的技術管理。絕大多數的市政污水廠都是采用的活性污泥法作為主要的污水處理的核心，活性污泥法在污水處理中的必要性和優勢已經在前面的文章中多次提到了，就不用再展開討論了，但是活性污泥法在實際運行中，會出現一些問題，這些問題嚴重影響著污水廠的處理水質的達標，其中最常見的兩個問題就是污泥膨脹和污泥泡沫問題。

　　污水廠的污泥膨脹可以說在污水廠的運營管理中是最常見的兩種異常現象之一(另一種是污泥泡沫)，大多數污水廠在生產運行中都曾遇到過污泥膨脹，有些污水廠污泥膨脹甚至頻繁發生，也使得很多污水廠的運行員工對污泥膨脹都有著不同程度的認識和理解，這也是運行人員口中的二沉池跑泥、翻泥的主要根源。污泥膨脹在很多專業技術人員都進行過各種研究，在各種污水處理的專業書籍，網站都能查到大量的關于污泥膨脹的資料文獻，這些文獻從很多不同方面對污泥膨脹都進行了詳細的討論。這么多的現場運行人員的認知，這么多的學術資料來討論污泥膨脹，足以驗證污泥膨脹在污水廠的運行管理中常見性和嚴重性。

　　如此海量的關于污泥膨脹的討論，如此眾多的污水廠處理員工的共同認識，都非常明確污泥膨脹是污水廠的最常見運行異常情況。污泥膨脹的危害在污水廠中基本人盡皆知，但是在實際的運行管理中，污水處理廠仍然不斷的面臨著突發性，甚至周期性的污泥膨脹的運行壓力，這種情況相信在今后仍將不斷發生。那么作為運營管理人員，究竟該怎樣理解污泥膨脹呢?

　　污泥膨脹最大的危害是對于活性污泥法的沉降性能的惡化。在正常的活性污泥工藝中，需要在二沉池中活性污泥和水進行分離，二沉池底部的活性污泥回流，上清液出流到下一個構筑物內。當污泥膨脹出現后，泥水分界線模糊，污泥沉降比上升，二沉池內的活性污泥泥位高，二沉池的上清液溢流過程中，會攜帶活性污泥流出二沉池，這就是運行人員常說的二沉池帶泥，翻泥的異常工況。污水廠中經過二級處理后的深度處理單元，主要以去除二沉池上清液中少量的懸浮物為主，但是當二沉池出水帶泥，造成后續的深度處理單元壓力增大，并且處理能力和停留時間遠遠不能保證高SS濃度的進水的處理，這樣就造成了最終出水的水質中含有大量的懸浮物，造成COD，SS，TP等超標。

　　活性污泥膨脹期間，帶來的一個副作用的問題出現在污泥脫水。正常的污水處理廠進行的污泥脫水，主要采用的都是機械脫水，通過高分子的藥劑調理后，在經過機械的壓力，離心，擠壓等作用，把活性污泥之間的水分擠壓出去，形成泥餅運輸到后續的處置場所去。當發生膨脹以后，污泥之間的絲狀菌或者細胞外物質會形成致密的組織，阻止機械的脫水作用，使其難以脫水，造成污泥脫水的效率下降，脫水后的泥餅的含水率增加。而泥餅含水率增加后，體積成線性比例的增長，實際脫出的污泥干物質下降，剩余污泥排放量也隨之減少，污泥無法排除系統，使污泥膨脹加劇惡化;并且大量的含水率高的泥餅，體積遠遠大于低含水率泥餅體積，造成污泥外運壓力增加，外運途中拋漏嚴重，影響惡劣。

　　污泥膨脹還帶來一系列的次生問題，比如在膨脹期間，為了控制二沉池出水帶泥的情況，污水提升量要進行控制，要低水力負荷下運行，造成污水不能進廠，從入口溢流，造成外界環境的污染;在膨脹期間，需要額外投加大量的藥劑來改善活性污泥的沉降性能，造成成本的額外支出;二沉池出水帶泥造成深度處理單元中的濾池嚴重堵塞，過水能力下降，如未能及時發現會造成污水從濾池的構筑物溢流到廠區內等等問題。

　　污泥膨脹帶來的諸多問題，在很多污水廠都曾經或者正在經歷著，在現階段環保形勢嚴峻，監管壓力與日俱增的時期，污泥膨脹日益成為污水廠重點防范的異常工況。各個污水廠的工藝路線，運行狀況，設備情況都不相同，造成污泥膨脹的原因也各不相同。很多技術文獻都從各自不同的側面進行了污泥膨脹原因的探討，也提出了很多不同的解決和應對措施。

　　污泥膨脹從其根源來說，分為絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹，兩種膨脹有各自不同的誘因和表現形式。絲狀菌膨脹在傳統的活性污泥法，氧化溝工藝中比較常見，非絲狀菌膨脹在SBR，A2O工藝中較為多見。近年來具有脫氮除磷A2O工藝大范圍在污水廠中采用，非絲狀菌的的膨脹在污水廠中的出現的情況較多。不論那種污泥膨脹都有其特定的誘發原因和表象以及處理方式，這些在各種資料文獻中都有很詳細的描述，大家可以通過專業書籍和互聯網絡獲取相關的知識。公眾號接下來的內容將從絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹兩個方面來和大家共同探討活性污泥的膨脹的工藝管理措施，探討的重點會放在如何在廠內進行工藝管理，從管理上對污泥膨脹進行預先控制和監管，對污泥膨脹出現過程中如何通過工藝管理來消除和減弱不良影響，對污泥膨脹控制后，如何進行分析整理，實現工藝管理資料的收集整理，做好工藝資料的建設和對今后的污泥膨脹的預防控制等方面，以實操性的工藝管理角度來解讀污泥膨脹在污水廠的預防管控和防范。

　　對于污水廠來說，污泥膨脹分為兩大種類，其中一種是絲狀菌膨脹。

　　絲狀菌在活性污泥中，是具有良性和劣性的一種特殊的微生物種群，它是負責構成活性污泥絮凝體骨架的重要微生物，活性污泥的絮凝體是由各種不同種類的微生物聚合而成的生物群落，而絲狀菌憑借自身的結構形式，在絮凝體中形成網格骨架，把這些微生物糾纏聚合在一起，最終形成絮凝體，這就是絲狀菌的良性作用，沒有絲狀菌，也就沒有運行中常見的活性污泥絮凝體。但是在一定的條件下，絲狀菌大量繁殖，導致在絮凝體骨架外伸，絮凝體之間通過絲狀菌橋接在一起，造成絮凝體的沉降困難，泥水分離效果差，也就是污泥膨脹，這就是絲狀菌的劣性。而運行工藝管理就是要更好的利用絲狀菌的良性作用，規避其劣性作用。

　　根據微生物學的研究，在活性污泥中大約存在25~30種常見的絲狀菌，其中能夠引起污泥膨脹和生物泡沫的大概有15種絲狀菌類型，這些絲狀菌有著不同的生長環境的要求，在受到不同的外界的刺激的作用下，會大量繁殖，導致污泥膨脹。常見的污泥膨脹的絲狀菌以及誘發原因如下表(1975，Eikelboom)所示：

已知的膨脹絲狀菌類型	誘發原因
浮游球衣菌屬，H.Hydrossis，Microthrix pavicella，1701型絲狀菌	低DO濃度
M．parvicella，0041型，0092型，0675型，1851型絲狀菌	低F/M，有機負荷低
H.Hydrossis,諾卡氏菌屬，Nostocodia limicola，浮游球衣菌屬，發硫菌屬，021N型，0914型絲狀菌	反應池是完全混合型
貝氏硫細菌屬，發硫菌屬，021N型，0914型絲狀菌	厭氧腐化的污水，或者廢水中存在大量的硫化物
浮游球衣菌屬, 發硫菌屬，(H.Hydrossis)，021N型，0041型，0675型絲狀菌	工業廢水進入廠內導致營養物質N，P大幅度變化（缺少或者增加），造成100：5：1的比例失調。
真菌	低PH值，工業廢水進入廠內導致營養物質N，P大幅度變化（缺少或者增加），造成100：5：1的比例失調。

　　這些誘發原因來自于污水廠中的不同的方面，歸結起來為下表的幾個方面：

原因	說明
進水原因	進水的流量，組分，PH，溫度，所含營養物質受到收集管網中的污染源的影響發生突變
設計原因	供氣量的限制，攪拌不良，水力短路（曝氣池，二次沉淀池等），二沉池設計缺陷（集泥系統，排泥系統，回流污泥系統等）等。
運行原因	低DO值，曝氣量不足，營養不足，低F/M，污泥濃度過高導致的有機負荷低，溶解性的BOD不足等。

　　這些原因在不同情況下，造成污水廠內的活性污泥的不同種類的絲狀菌得到優勢生長，造成了污泥膨脹。在發生污泥膨脹和良好的污泥絮凝體之間的區別如圖a~f：

　　這六張圖顯示了良好和較差的沉降性能的活性污泥絮凝體的實例：(a)絲狀菌不明顯的良好沉降絮凝物，(b)絲狀菌開始發生橋接的絮凝體，(c)具有部分的絲狀微生物的絮凝體，(d)從絮凝體延伸的長絲導致沉降不良的絮凝體(e)具有硫顆粒的發硫絲狀菌(f)在低溶解氧條件下觀察到的1701型絲狀微生物。

　　其實在污水廠現階段的運行狀態下，能嚴格的把這些細菌種類區分開，從檢測手段，運行人員的技術水平上，都有很大的難度。因此在實際運行中，我們引入絲狀菌的豐度概念來進行絲狀菌的觀測檢查，通過顯微鏡的鏡檢，把爆發絲狀菌的絮凝體分為不同的豐度級別，來確認活性污泥的膨脹程度，如圖一~八所示：

　　第0級：沒有，所有的絮凝體上都沒有絲狀菌，絮凝體沒有形成，屬于活性污泥初期。

　　第1級：很少，在個別的絮凝體上看到絲狀菌，沉降良好

　　第2級：一部分，不是所有的絮凝體上都有絲狀菌，沉降良好

　　第3級：一般，所有的絮凝體上都有菌絲，但是密度較低，每個絮凝體上有1~5根菌絲，沉降良好

　　第4級：較多，所有絮凝體上都有菌絲，中等密度，每個絮凝體上有5~20根菌絲，沉降良好。

　　第5級：豐富，所有絮凝體上都有菌絲密度很高，每個絮凝體上超過20根菌，沉降惡化，污泥膨脹。

　　第6級：很多，大量菌絲形成絲網，沉降惡化，污泥膨脹。

　　通過這些圖表，我們基本能夠鑒別出污水廠內的活性污泥中的絲狀菌的發展情況和原因判斷，在鑒別出污泥膨脹是由于絲狀菌爆發導致，那么在膨脹期間，運行人員又該如何進行活性污泥膨脹的工藝控制呢?

　　臨時應急措施：

　　較為普遍的是投加殺菌劑。在絲狀菌的污泥膨脹期間，絲狀菌大量繁殖，成為絮

　　凝體中的主導微生物，在回流污泥中投加殺菌劑后，主導微生物絲狀菌優先受到殺菌劑的作用，對其起到斷絲滅殺。但是由于殺菌劑都是具有廣譜殺菌的作用，在投加時要嚴格控制投加量，一般以氯計算，在生物池中停留時間為5~10小時的膨脹的活性污泥系統里，投加量為0.002~0.008Kg/KgMLSS d。一般采用的殺菌劑有氯及次氯酸鈉，雙氧水，臭氧等。

　　工藝調控措施：

　　工藝調控要針對污泥膨脹的原因進行實際運行情況的分析，針對分析的結果進行工藝調控，比如低DO引發的污泥膨脹，要加開風機，使生物池內的供風量增加，從而增加DO;低F/M誘發的膨脹，要進行及時的排泥，降低MLSS濃度，提高F/M值等。但是工藝調控措施由于受到大量絲狀菌的影響，基數巨大的絲狀菌對工藝調控的緩沖和反彈作用非常明顯，特別是污泥脫水受到絲狀菌膨脹的影響，大量的污泥回流干擾工藝調控的作用，工藝調控措施在污泥膨脹期間見效較慢，容易造成次生的危害，在實際運行中要綜合考慮多種因素，多種工藝調控措施綜合使用，加快工藝調控措施的作用發揮。

　　設計改進措施：

　　對絲狀菌的研究發現，改變完全混合型的生物池結構，增加選擇區和厭氧缺氧好

　　氧的環境結構會使活性污泥中有利于絮凝體生長的細菌的速度高于絲狀菌的生長速度，從而抑制絲狀菌的發展，避免活性污泥膨脹。也正是這種原因在現階段大量采用A2O工藝后，絲狀菌導致的活性污泥膨脹情況越來越少，絲狀菌誘發的膨脹更多的發生在氧化溝工藝等工藝中。

　　從實際運行中，活性污泥膨脹一旦爆發，往往控制難度極大，措施難以見效，因此針對污泥膨脹更有效地措施來自于日常的預防，日常的預防是需要污水廠建立更有系統的管理體系，可以從這些方面進行系統化的建設：

　　1、 建立進水的水質水量分析體系。

　　進水的水質水量的波動是造成絲狀菌膨脹的主要因素之一，一個地區的污水水質

　　在一定時期內的變化是具有規律性的，通過長期的檢測，并分析其結果，往往能夠預測出水質水量的變化規律，通過變化規律，進行合理的工藝調控，從而避免絲狀菌的誘發因素的出現。特別是建立對污水收集片區的企業排水的污染指標分析檔案，從環保以及廠內做好應對措施，減少營養物質的不均衡變化造成的絲狀菌的膨脹。

　　2、 建設嚴格的過程檢測分析體系。

　　活性污泥絮凝體是由絲狀菌和其他微生物共同構成的生物綜合體，通過日常的沉

　　降性能SV，SVI的檢測，特別是建立對絲狀菌豐度水平的檢測，是能夠預判絲狀菌爆發的，在絲狀菌逐步增加的時期，及時分析其誘因，并采用相應的工藝措施，避免其發生，這樣的控制手段具有良好的作用。這需要污水廠建設系統的過程檢測及分析體系，通過過程參數的檢測和數據積累，以及月度，季度，年度的分析，形成完整的體系，最終實現預判性的工藝控制。

　　3、 完善的工藝設備管理體系。

　　在污水廠投入穩定運行后，設備運行工況的良好，往往是造成工藝運行問題的主

　　要根源，在 廠內實施高效的設備管理體系，是保證設備的穩定運行，工藝良好保證的基礎，也是控制污泥膨脹的工藝預措施之一。

　　在現階段的污水廠工藝中，針對除磷脫氮工藝進行了選擇區的設計，在很大程度上抑制了絲狀菌的膨脹出現的機率，但是很多污水廠仍然持續的出現污泥膨脹，即使采用了對絲狀菌很有控制作用的A2O的工藝的污水廠，也有污泥膨脹的情況出現。這種膨脹在鏡檢下沒有過多的絲狀菌，但是沉降性能也較差，這種膨脹稱為非絲狀菌膨脹。污泥膨脹的技術管理的下篇，我們來討論下非絲狀菌的污泥膨脹。

　　活性污泥的非絲狀菌的膨脹在學術界的認為主要原因是來自于EPS(ExtracellularPolymeric Substances)--細胞外聚合物。污水處理的過程中，去除污水中的有機物和營養物質需要活性污泥的絮凝體，這些絮凝體由微生物形成絮凝物質或者生物膜構成。細胞外聚合物物質(EPS)是絮凝體中生物膜和絮凝物中的粘合劑。一般來說EPS由多糖，蛋白質，DNA和腐殖質組成，可以附著在細胞上(莢膜)或溶液中游離(非莢膜)。在典型的活性污泥絮凝體中，EPS要占到總有機物質的50-90%。

　　可以說在活性污泥的絮凝體中，EPS和絲狀菌起的作用都很重要，EPS起到細胞膜和絮凝體的粘結劑的作用，而絲狀菌起到活性污泥絮凝體中的骨架作用，但是和絲狀菌一樣，絲狀菌大量繁殖會導致絮凝體之間形成橋接作用，導致活性污泥沉降性能變差。EPS大量產生的時候，會在絮凝體周圍分布大量的粘性物質，這些過量的粘性物質導致活性污泥的絮凝體沉降困難，并在表面形成油狀物質分布。這也是非絲狀菌膨脹的主要成因，在很多采用有選擇區的活性污泥法中的工藝中，這種非絲狀菌的膨脹比較普遍存在。

　　由于非絲狀菌的膨脹和絲狀菌膨脹表現不一樣，只是通過顯微鏡觀察活性污泥絮凝體的絲狀菌的分布是無法判斷非絲狀菌的膨脹的，EPS從顯微鏡下觀察和絮凝體周邊的絮狀物區別不大，很難界定EPS生長是否過量，因此對EPS的光學顯微鏡觀察需要進行特殊的操作。一般采用革蘭氏染色法，但是染色法步驟較多，比較方便快捷的是采用印度墨水的方式進行染色。

　　在活性污泥絮凝物中測量EPS的最簡單方法是使用現有顯微鏡進行印度墨水測試。印度墨水可以在各種的專業墨水銷售店內買到。印度墨水中含有懸浮在水中的精細研磨的碳顆粒，對普通的絮凝體物質都能實現碳顆粒的染色作用，但是對粘稠的EPS則無法染色，因此可以通過印度墨水的染色作用來區別EPS在絮凝體中所占的比例情況。要在顯微鏡下使用印度墨水，請按以下步驟操作：

　　1. 移取一小滴曝氣池混合液到載玻片上

　　2. 將更小的印度墨水滴添加到載玻片的混合液液滴上，比例以把混合液水滴染色為深灰色或者黑色為準。

　　3. 將蓋玻片放在載玻片上

　　4. 使用顯微鏡觀察染色后的混合液。

　　5. 印度墨水會將絮凝體內的各種物質染成深灰色或者黑色，導致底部的光線無法透過。但是光線能夠透過的光亮的區域，就是是印度墨水無法染色的高濃度EPS絮狀物。

　　6. 請注意液滴中光亮區域的大小和數量，應做好記錄。

　　7. 這就是檢測EPS的印度墨水染色檢測方法。

　　由于EPS的變化和絲狀菌變化具有相同的從內向外的影響，它的產生發展與外界水質變化，內部工藝操作都有一定的關聯，在化驗室應該每周至少進行2次印度墨水的EPS測試，并注意每次EPS的變化，做好記錄，有條件的進行拍照比對，以檢查EPS的變化情況，預判非絲狀菌膨脹的發生和控制。

　　在污水處理微生物中Zooglea種群是判斷為絮凝物形成有關的廢水生物之一。雖然這種微生物不是絮凝體形成EPS的唯一細菌，但Zooglea種群的微生物在大多數污水處理廠中比較常見，在學術界的普遍認知，認為這種微生物可能是非絲狀膨脹，是難以脫水的生物絮凝體產生以及難以沉降的原因。

　　針對zooglea細菌的研究發現，營養元素(氮和磷)的不均衡會造成這種細菌的大量繁殖，其中還有由于缺乏微量營養素(鐵和其他微量元素)也會導致出現它的過量繁殖。在城市污水系統中，往往氮磷的營養都是過剩的，比例性的缺乏是很難遇到的。但是在運行控制中，如果存在嚴重程度的工業廢水的排入，導致比例失調，或者通過添加鐵鹽的初級處理沉淀過多的磷酸鹽，則可以導致水中P的缺乏。研究還發現，Zooglea細菌有利于更高的F / M比例，并且由于污水中的某些醇和有機酸而大量繁殖。

　　非絲狀菌的膨脹，與絲狀菌膨脹的控制最大的不同在于，出現非絲狀菌的膨脹時，不能通過消毒劑的作用來進行殺菌，因為殺菌劑會導致在生物池內出現大量的生物泡沫。

　　通過長期穩定的生物鏡檢工作，當檢測到EPS從好變為壞的情況時，根據相關的研究會有以下的一些原因造成：

　　• 低營養素 - 通常是氮和磷- 當微生物面臨營養相關的壓力時，微生物就會聚集或者捕獲EPS，以便從EPS的基質中的重要營養素，從而使絮凝體外聚集了更多的EPS。

　　• 進水中的高濃度的可溶性有機物 – 絮凝體中的微生物利用EPS積累可溶性有機物進行后續的消化作用，長時間高有機負荷積累，就會造成絮凝體周邊的EPS過量

　　• 不溶性有機化合物，如油脂，油和長鏈脂肪酸，雖然通常與諾卡氏菌形成生長生物泡沫，但油脂也會導致絮凝體的EPS生成，這也是很多污水廠在冬季出現的油脂進水導致的生物泡沫和污泥膨脹伴隨發生的主要原因之一。

　　• 微生物的生存環境的影響。一些極端溫度，pH值和對微生物具有抑制性有毒有害物質流入生物池內，這些異常情況就會對微生物施加壓力，絮凝體出于自身的保護作用，就會產生更多的EPS用于保護，長期受到異常影響就會堆積大量的EPS在絮凝體周邊，從而演化成非絲狀菌膨脹。北方污水廠在低溫期間沉降性能變差，出現的非絲狀菌膨脹可以用這種理論進行解釋。

　　細胞外聚合物(EPS)存在于細胞外和微生物聚集體內部，并且是微生物聚集體中的主要成分。在污水處理系統中，EPS可以影響污泥的沉降性能和微生物聚集的性能，并且EPS會參與絮凝體表面的生物膜的形成和穩定性，對活性污泥的形成有重要的影響。特別是在現階段較多污水廠采用的MBR工藝中，也是造成MBR膜污染重要的物質。因此EPS和絲狀菌一樣，在污水的生物處理中表現出雙重作用，由于誘發非絲狀菌膨脹的EPS的特殊性，針對EPS的學術研究還在不斷地深入開展中，也希望更多的污水廠來關注EPS引起的非絲狀菌的膨脹在污水廠中實際觀測和控制，通過EPS的長期觀察來控制來判斷微生物聚集體性質的變化，從而改善系統性能，最終實現非絲狀菌膨脹的有效控制。

　　由于非絲狀菌的膨脹的研究遠遠少于絲狀菌膨脹的研究，大多數污水廠對其的判斷也缺乏足夠的認識，因此在非絲狀菌膨脹的EPS的污水廠技術調控措施較少，大家可以通過上一篇的絲狀菌膨脹的技術控制內容來進行這方面的摸索，希望本文能帶給更多的污水廠的同行，認識EPS造成的非絲狀菌膨脹，并加以注意和有效的控制。

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