关于污泥膨胀研究的现状与展望

活性污泥法是采用最普遍的污水处理工艺，而由丝状菌引起的污泥膨胀则是该工艺污水处理中最易发生，危害最大的问题。简要地介绍了污泥膨胀的特点，危害和防止与控制的方法，并对国内外关于污泥膨胀的研究进行了初步地分析，最后对该研究课题的进展方向提出了某些意义。     

丝状菌污泥膨胀机理与控制方法

分析总结了近10年来国内外关于丝状菌污泥膨胀的最新研究成果，着重介绍了引起膨胀的丝状菌种类、污泥膨胀的影响因素、污泥膨胀的机理及控制方法，并展望了该课题今后的研究方向。     

活性污泥法中引起丝状菌污泥膨胀的因素

活性污泥法是采用最普遍的污水处理工艺，而丝状菌污泥膨胀则是该工艺污水运行中易发生、危害大的问题．介绍了近30年来国际上关于丝状菌污泥膨胀的最新研究成果，分析了影响丝状菌污泥膨胀的主要因素．     

缺乏营养物质(N、P等)引起的污泥膨胀及其控制

国内外研究结果表明：浮游分枝球衣菌（Sphaerotius natans）,丝硫细菌（Thiothrix sp),贝氏硫细菌Beggiatoa等丝状菌的细胞干重中营养物质含量较少,对营养物质有较强的亲和力、吸收率和累积能力,且可适合较宽的营养物含量范围,使其在进水底物中缺乏营养物质时能占优势而过量增殖,这也是引起污泥膨胀的主要原因。实践证明,结合抑制丝状菌膨胀的选择器技术,并适量在底物中补加营养物质是控制缺营养型丝状菌膨胀的效方法。     

低氧丝状菌污泥微膨胀节能方法

为了节省活性污泥法污水处理的运行费用,降低供氧能耗,通过小试试验研究低溶解氧丝状菌污泥微膨胀节能方法.采用缺氧/好氧(A/O)工艺处理实际生活污水,溶解氧ρ_DO维持在0.5~0.7 mg.L^-1时,丝状菌污泥微膨胀状态可维持长期稳定,污泥容积指数在130~180 mL.g^-1之间.低溶解氧丝状菌污泥微膨胀期间,沉淀池没有发生污泥流失,系统处理效果稳定.与ρ_DO=2.5 mg.L^-1,污泥沉降性能良好时相比,出水变得更清澈,出水悬浮物ρ_SS低于5 mg.L^-1;化学需氧量和总氮的去除率不受影响;在现有试验设备条件下,曝气量平均从0.75m³.h^-1下降到0.28 m³.h^-1,曝气量节约了60%.     

好氧聚磷颗粒污泥的培养与丝状茵膨胀控制

在序批式SBR反应器中接种普通活性污泥,通过厌氧/好氧交替的运行方式,以沉降时间作为选择要素,经过人工配水快速实现污泥颗粒化(阶段Ⅰ)、实际生活污水稳定维持(阶段Ⅱ)以及提高ρ(P)/ρ(COD)强化富集聚磷菌(阶段Ⅲ)3个阶段,成功培养出聚磷能力良好的好氧颗粒污泥,并稳定运行352周期.模拟废水水质成份单一且易降解是造成好氧颗粒污泥在阶段Ⅰ后期发生膨胀的主要原因,变换水质为实际生活污水可有效控制丝状菌的过度生长,利于维持系统稳定.成熟的好氧颗粒污泥近似为球形,平均粒径0.8 mm,平均沉降速率为2.0 cm/s,SVI在17~30 mL/g,平均除磷效率在90%以上.采用荧光原位杂交技术(FISH)对颗粒污泥种群结构定量分析,结果表明,聚磷菌约占总菌的51.48%.     

低溶解氧污泥微膨胀前后污泥硝化活性的对比研究

为了研究低溶解氧微膨胀前后污泥硝化活性的变化,采用SBR反应器,平均DO浓度为0．6mg／L-0．9mg／L,测定污泥微膨胀前后污泥氧消耗速率曲线。结果表明：发生污泥微膨胀后,活性污泥对COD的去除能力有较大的提高,而对氨氮去除能力却有一定的下降。污泥微膨胀前后的氧消耗速率曲线显示,微膨胀前活性污泥总活性为67．72mgO2／gVSS·h,其中硝化活性为43．12mgO2／gVSS·h,占其总活性的63．67％;而微膨胀后活性污泥总活性为90．49mgO2／gVSS·h,其中硝化活性为23．98mgO2／gVSS·h,占其总活性的26．51％。低DO成为微生物生长的限制性基质,污泥微膨胀的状态下,活性污泥中丝状菌成为优势菌种,而硝化细菌成为非优势菌种,污泥的总硝化活性降低。     

氧化沟工艺中污泥膨胀原因的分析与控制

为了有效控制某低负荷长污泥龄氧化沟工艺的污泥膨胀工况,通过对某污水处理厂设计工艺和运行参数的分析,表明该污水处理厂发生污泥膨胀的主要原因是氧化沟曝气转刷损坏导致氧化沟内总体溶解氧(DO)质量浓度过低。针对污泥膨胀原因及相关的膨胀机理,采用降低污泥质量浓度,提高系统DO质量浓度的措施加以控制,从而解决了污泥膨胀问题。另外根据污水处理厂现有设备情况和小试试验结果,确定了该污水处理厂的最佳运行条件为:DO质量浓度约为1.0~1.5mg/L;污泥指数在120~150mL/g;污泥质量浓度为5.0g/L。     

碳源对膨胀污泥微生物多样性的影响研究

为探究碳源对膨胀污泥内微生物多样性的影响,采用淀粉和乙酸钠2种不同碳源进行人工配水并成功诱发丝状菌污泥膨胀.实验结果表明,尽管不同的碳源类型会使污泥产生不同的沉降性能变化,却不会影响其对污染物的整体处理效果.膨胀的发生不仅会导致系统内微生物丰度、均一性、多样性和丰富度的下降,还会使不同门类下不同功能的微生物菌群及相关菌属的相对丰度产生不同变化.所有泥样中相对丰度最大的门类均为Proteobacteria,且以淀粉为碳源的废水环境更有利于该门类微生物的生长.在不同特定菌群中,除磷菌群的相对丰度受2种碳源影响最大,而在相关菌属中,作为优势丝状菌的Thiothrix和Haliscomenobacter的相对丰度在2种碳源下均随污泥膨胀的发生而升高,Tetrasphaera则与之相反;以Nitrosomonas为代表的5种脱氮菌属的相对丰度随膨胀的发生而升高,以Nitrospira为代表的7种脱氮菌属及以Candidatus Accumulibacter和Candidatus Competibacter为代表的5种除磷菌属的相对丰度变化则与其相反.此外,淀粉进水下发生的污泥膨胀使反应器内操作分...     

混凝法控制膜生物反应器污泥膨胀的试验

目的 利用混凝法控制一体式膜生物反应器的污泥膨胀，以减轻反应器的膜污染，降低运行成本．方法 向反应器中投加混凝剂，经活性污泥30min静沉试验，检测污泥的沉降性能，并测量反应器出水COD、NH3-N值，通过改变投加混凝剂的种类和剂量，测试不同条件下混凝剂对污泥沉降性能和反应器污水处理效果的影响．结果试验表明，投加氯化铁混凝剂，能够有效提高活性污泥的沉降性能．在已经发生膨胀的反应器中，连续投加混凝剂和助凝剂则效果更好．并且，混凝法控制反应器污泥膨胀的同时，可提高膜生物反应器处理污水中有机物的能力，COD去除率提高11．68％．结论 通过对发生污泥膨胀的膜生物反应器投加混凝剂，不但可以有效地控制活性污泥的膨胀，而且能够强化处理效果．其中投加氯化铁的效果最佳，并且提高了MBR中处理有机物的能力．     

丝状菌污泥膨胀的工艺控制策略

针对药剂法抑制丝状菌污泥膨胀成本高且停止投加后容易复发,通过调节工艺参数,考察了工艺法抑制丝状菌污泥膨胀的可行性.试验采用SBR反应器,系统地研究了有机负荷、溶解氧和进水方式等常见运行参数对丝状菌污泥膨胀的抑制效果.结果表明,增加有机负荷(>0.40 kgCOD/(kgMLSS.d))难以抑制丝状菌污泥膨胀,且好氧时间和曝气量设置不当还容易引发黏性膨胀;单独提高ρDO(4~6 mg/L)对抑制丝状菌膨胀效果并不明显,并且过度曝气还会对除磷产生负面影响;脉冲进水方式虽然可以强化贮存选择作用,但是对丝状菌膨胀抑制并无明显效果;增设前置缺(厌)氧段是抑制丝状菌污泥膨胀的有效手段.     

丝状膨胀好氧颗粒污泥细菌组成及丝状膨胀的控制

采用构建16S rDNA克隆文库方法对发生丝状膨胀的好氧颗粒污泥的细菌种群进行研究.结果表明,丝状膨胀的好氧颗粒污泥共包含六大类群,分别是β-proteobacteria(36.23%)、Sphingobacteria(20.29%)、δ-Proteobacteria(13.04%)、Flavobacteria(10.14%)、γ-Proteobacteria(1.45%)和Actinobacteria(1.45%),通过序列比对可知好氧颗粒污泥中存在Sphaerotilus natans等丝状菌,但根据所占比例确定其不是导致好氧颗粒污泥丝状膨胀的细菌.对膨胀颗粒污泥外边缘的丝状微生物进一步鉴定,发现它属于丝状真菌.试验验证了进水pH随运行时间降低是导致葡萄糖配水培养好氧颗粒污泥发生丝状膨胀的主要原因.采用缩短运行周期、运行过程中投加NaHCO₃和减少曝气量的方法均可预防好氧颗粒污泥的丝状膨胀,但投加碱度是最直接有效的方法,且在发生丝状膨胀初期还可通过该方法控制膨胀.     

活性污泥膨胀的影响因素及调控措施研究

系统介绍了活性污泥膨胀的概念、类型和相关理论。从碳水化合物含量高的废水、陈腐或腐化的废水、含有毒物质的废水、N、P含量不平衡的废水、低PH值的废水等方面论述进水水质对污泥膨胀的影响;从水流流态及运转方式、流量和水质变化、其他环境因子(PH,温度,营养成分)等环境条件论述其对污泥膨胀的影响;和从负荷、溶解氧、污泥龄等运转条件来论述其对污泥膨胀的影响。提出了应急调控措施、环境调控措施和工艺运行调控措施来控制污泥膨胀。     

SBR工艺低溶解氧丝状菌污泥膨胀成因及控制方法

采用序批式活性污泥(sequencing batch reactor, SBR)工艺处理低碳氮比实际生活污水, 研究了低溶解氧丝状菌污泥膨胀的成因及不同运行模式对低溶解氧污泥膨胀控制效果.试验结果表明, 缺氧/好氧(anoxic/oxic, A/O)工艺当溶解氧(dissolved oxygen, DO)的质量浓度ρ(DO) 控制在0.5 mg/L时, 发生以H.hydrossis为优势菌的丝状菌污泥膨胀.当采用SBR工艺A/O运行模式, 改变有机负荷(F/M)为0.83 kg/(kg·d), ρ(DO)控制在2.0 mg/L左右时, 污泥膨胀并不能有效控制, 污泥体积指数 (sludge volume index, SVI) 一直保持在300 mL/g以上.经荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization, FISH)方法鉴定, 优势菌种依然为H.hydrossis丝状菌, 在此阶段系统总氮(total nitrogen, TN) 平均去除率为31.17%, COD平均去除率为65.04%.当采用全程好氧运行模式, 改变F/M为0.37 kg/(kg·d) , ρ(DO) 控制在2.0 mg/L左右时, 能有效控制污泥膨胀, SVI下降到150 mL/g以下.在此阶段, NH₄⁺-N去除率接近100%, 出水ρ(NH₄⁺-N)几乎为0, TN和COD的平均去除率分别上升为70.7%和73.9%.此阶段出水ρ(TN)和ρ(COD)平均值分别为18.4和46.9 mg/L, 接近国家一级A排放标准.     

A/O生物除磷工艺丝状菌膨胀的控制

A/O生物除磷工艺丝状菌膨胀的控制为了有效控制A/O生物除磷工艺处理化粪池污水时产生的丝状菌膨胀,先后采取改变系统的COD污泥负荷(N_COD)、溶解氧(DO)的质量浓度和降低S^2-的质量浓度等措施,最终使A/O除磷工艺丝状菌膨胀得到了控制,污泥沉降性能得到了有效恢复.研究结果表明:A/O除磷工艺在高N_COD条件下运行时,容易发生严重的丝状菌膨胀现象,原因是COD在厌氧区降解后仍有较高的剩余量进入好氧区,导致聚磷菌在和丝状菌的竞争中优势变弱;在低N_COD条件下运行时,由于原水中硫化物含量过高导致丝状硫细菌增殖,因此仍然存在轻度的丝状菌膨胀现象.     

底物种类和浓度对好氧颗粒污泥丝状菌膨胀的影响

在序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)内以蔗糖为底物培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),考察了底物种类和浓度对AGS培养和稳定维持的影响.在反应器运行的最初阶段,以蔗糖为唯一碳源,进水ρ(COD)为600~900 mg/L,10 d后形成了结构较为密实的AGS,平均粒径为1.15±0.14 mm,污泥指数SVI在90 mL/g左右;AGS稳定维持23 d后,ρ(COD)由900 mg/L增加到1 200 mg/L,AGS表面出现了大量丝状菌,AGS平均丝状化程度Δ值最大达到了1.69±0.23 mm,SVI增加至175 mL/g.为克服AGS丝状菌膨胀,以蔗糖+蛋白胨(1∶1)的混合底物代替单一底物,AGS表面的丝状菌逐渐减少,34 d后AGS表面“光滑”,AGS丝状菌膨胀得到抑制,Δ值逐步下降至1.00±0.01 mm.ρ(COD)从600 mg/L增加至1 200 mg/L,AGS依旧保持稳定,未出现丝状菌大量繁殖的现象.本研究表明,单一底物培养AGS在负荷较高时容易出现丝状菌膨胀,而混合底物可以抑制AGS丝状菌膨胀,有利于AGS的稳定维持.