什么是污泥膨胀？
污泥膨胀的发生率相当高。欧洲近50%的城市污水厂每年都有不同程度的污泥膨胀，中国的发生率也很高。基本上，目前各种类型的活性污泥法都会发生污泥膨胀。污泥膨胀不仅发生率高、常见，而且一旦发生就很难控制，通常需要很长时间来调整。关于污泥膨胀的理论很多，但并不完全一致，甚至相互矛盾，给水处理工作者带来很大困扰。本文将从污泥膨胀的内在因素入手，梳理出几种成熟的、具有普适性的观点，总结出污泥膨胀控制的一般方法。
1，污泥膨胀的原因
污泥膨胀可分为丝状膨胀和非丝状膨胀。非丝状菌的扩张主要发生在废水温度较低，污泥负荷过高的情况下。此时细菌吸附了大量的有机物，来不及代谢，在细胞外积累了大量的高粘性多糖物质，使表面附着物大大增加，难以沉淀和压缩。然而，当氮严重缺乏时，也会引起膨胀。因为如果缺氮，微生物就不能充分利用碳源合成胞内物质，多余的碳源就会转化为多糖胞外储存，多糖是一种亲水性很强的化合物，容易形成结合水，从而影响污泥的沉降性能，产生高粘度的污泥膨胀。非丝状菌污泥膨胀发生时，其生化处理效率仍然较高，出水仍然比较清澈，污泥镜检看不到丝状菌。非丝状菌的扩张很少见，危害也不是很严重，这里就不重点介绍了。
丝状菌膨胀在日常实际工作中很常见，其原因也很复杂。影响丝状菌污泥膨胀的因素很多，但首先要认识到活性污泥是一个混合培养体系，其中至少有30种丝状菌可能会引起污泥膨胀。在与活性胶束系统的关系中，丝状细菌是一类不可或缺的重要微生物。它的存在对净化污水起到了很好的作用。对维持污泥的絮体结构，维持生化处理的净化效率，起到过滤沉淀中悬浮物的作用具有重要意义。事实也证明，丝状菌和胶束中的细菌处于平衡状态时，不会发生污泥膨胀，只有丝状菌的生长量大于胶束中的细菌时，才会发生污泥膨胀。
1，污泥负荷对污泥膨胀的影响
一般认为，活性污泥中微生物的生长符合Monod方程:
式中X——生物浓度，mg/l；
s——生长限制底物浓度，mg/l；
μ——生长极限基质浓度，mg/l；
ks——饱和常数，其值为μ=μmax/2基质浓度，mg/L；
μmax——微生物在饱和浓度下的最大比生长速率，d-1。
已经证明，大多数丝状真菌的KS和μmax值低于细菌胶束。因此，根据上面的Monond方程，低KS和μmax值的丝状真菌在低底物浓度条件下具有较高的生长速率，而高底物浓度条件下则以高KS和μmax值的细菌胶束占优势。还有表面积/体积比(A/V)假说，即低负荷有利于丝状菌的生长。这里的表面积和体积是指活性污泥中微生物的表面积和体积。这种假说认为，延伸到絮体外部的丝状菌比表面积(A/V)远大于胶束中的细菌。当微生物受到基质的制约和控制时，比表面积大的丝状菌比细菌胶团更有利于获得基质，其结果是丝状菌成为曝气池中的优势菌。
低负荷容易引起污泥膨胀的观点，在实际操作和理论上都有成熟的解释。然而，在我国，生化反应的负荷设计通常较高，但在高负荷条件下发生了大量的污泥膨胀，使人们对这一理论产生了怀疑。事实上，高负荷下的污泥膨胀往往是由于供氧不足和曝气池内DO浓度降低造成的。我们将重点研究溶解氧DO对污泥膨胀的影响。
2.溶解氧浓度对污泥膨胀的影响
微生物降解有机物的过程本质上是利用氧气的过程。溶解氧是活性污泥法运行中的重要控制参数，曝气池中DO的浓度直接影响有机物的去除效率和活性污泥的生长。低DO浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。由于丝状菌比表面积大，氧饱和常数低，所以在低DO浓度下，丝状菌增殖速度比絮凝剂快，导致丝状菌污泥膨胀。根据各种研究反应，DO对污泥膨胀影响的临界值是不确定的。DO浓度的要求与污泥负荷密切相关。负载越高，相应的临界值越大。该值的确定与工艺选择、罐型、进水类型密切相关，必须根据实际情况结合实验得出。
3.其他因素对污泥膨胀的影响。
1)污水类型
污水类型对污泥膨胀有明显的影响。一般来说，含有可生物降解和可溶性有机成分的污水，特别是低分子量的碳氢化合物、糖类和有机酸，容易引起污泥膨胀，如酿酒、乳品、石油化工和造纸废水。
2)营养失衡3)
当污水中的N、P不足时，容易发生污泥膨胀。一整晚，我都认为N和P的合适比例是BOD5: N: P = 100: 5: 1。许多研究表明，许多丝状菌对营养物质N和P具有很强的亲和力，这可能是由于营养物质缺乏而导致污泥膨胀的原因。
4) pH值和温度
一般认为，低pH值容易导致丝状菌大量繁殖。温度对丝状菌的影响也很普遍。如冬季丝状菌群以微小微孢子虫占优势，而诺卡氏菌属、0041型或念珠藻属在温暖季节容易繁殖。
此外，污水在进入处理系统前进行早期厌氧消化产生的有机酸和硫化氢也可能导致污泥膨胀。硫细菌，如贝氏硫杆菌和硫杆菌，可以从硫化氢氧化中获得能量。但这类细菌以很长的丝状形式增殖，有时长达1 cm，导致污泥膨胀。
2、污泥膨胀的一般解决方案
第一类:紧急措施
适用于临时应急，主要方法是投加药物增强污泥沉降性能或直接杀灭丝状菌。投加铁盐、铝盐等混凝剂可以直接提高污泥的密实度，保证沉淀水量。另外，在回流污泥中加入一些化学药剂，如氯气，也可以消除污泥膨胀。加入过氧化氢和臭氧也能破坏丝状细菌。
这种方法一般能快速降低SVI值，但这些方法并不能从根本上控制丝状细菌的繁殖。一旦停止加药，污泥膨胀现象会卷土重来。而且加药可能会破坏生化系统的微生物生长环境，导致处理效果降低，所以这种方法只能作为临时应急。
第二类:改善生化环境
当污水厂发生污泥膨胀时，一般不能通过改变工艺流程、池型和曝气方式来解决。只有在运行过程的基础上改变生化池内的微生物生长环境，才能抑制或消除丝状菌的过度生长。在工艺和水质不同的情况下，很难有一个普遍适用的解决方案。但生化技术中应注意的几个问题必须引起重视。
1)污水性质的控制
首先要检查和调整pH值。当pH值低于5时，不仅有利于污泥膨胀，而且不利于正常的生化反应，因此在pH值较低时应及时调整。另外，北方寒冷地区冬季一定要注意水温，水温低就加热，因为温度低也会导致污泥膨胀。冬季采用鼓风曝气可以有效提高水温。
当污水中的营养物质不足或不平衡时，就应该添加。氮磷含量应控制在BOD: N: P = 100: 5: 1左右。
如果消化现象发生在污水处理的生化系统之前，低分子量有机酸将有利于丝状菌的生长。此时可以在调节池中对废水进行预曝气来改善。一般采用空气扩散器对有效水深3-5米的调节池进行曝气，供气量可控制在0.5-1.0m 3/m3·小时废水。能保持调节池内废水新鲜，有效防止厌氧产生的异味。
2)对于高负荷生化系统，保持池内足够的溶解氧尤为重要；3)一般情况下，至少应控制DO >；2毫克/升。
4)沉淀池中的污泥应及时排出或回流，5)应防止厌氧现象。如果出现厌氧现象，6)产生的各种气体会吸附在污泥上，7)污泥也会上浮，8)沉降性能变差。9)厌氧污泥回流还会导致丝状菌的繁殖。在这种情况下，除了排出污泥，清除沉淀池(10)内的死角，缩短污泥在池内的停留时间外，还应提高曝气池的DO值(12)，以保持进出沉淀池(13)的水中的溶解氧，或在污泥回流到生化池之前进行曝气再生。如左图所示。
解决上述问题后，如果污泥膨胀现象仍未得到控制，则必须根据实际情况进行分析。下面针对几种常见的工艺提出一些指导性的方法，供污水处理工作者参考。
A.高负荷活性污泥法
目前，我国活性污泥法的设计通常采用中等负荷(0.3kg BOD 5/(kg·MLSS·d))，但在实践中，人们从经济角度出发，总是采用较高的负荷，因此高负荷下的污泥膨胀在我国具有更广泛的意义。在高负荷条件下，最常见的问题是DO不足，所以首先要提高气水比，加强曝气，在推流式曝气池首端采用射流曝气，观察一段时间，找出问题所在。
如果采取上述措施后一段时间内情况仍无改善，可考虑在曝气池头部加软填料。这部分对有机酸的去除率较高，从而去除了丝状菌的促生长因子，有助于絮凝剂的生长。这种方法是有效的，但是成本高，不方便以后的维护管理。或者在曝气池前设置水力停留时间约为15min的选择器，一般能有效抑制丝状菌的生长。
对于间歇进水的SBR工艺，反应器本身是完全混合的，污染物的基质在时间上存在浓度梯度，不需要另外设置选择器。通常间歇式SBR工艺污泥膨胀的原因是污泥浓度过高，而进水有机物浓度低或水量过少，导致污泥负荷低。在这种情况下，一般可以通过降低排放比、提高底物初始浓度和强制排出SBR中的污泥来有效控制污泥膨胀。如果ICEAS、CASS等连续进水的SBR工艺发生污泥膨胀，就需要在进水端设置预反应区或生物反应器。
B.低负荷活性污泥法
低负荷活性污泥法曝气池中底物浓度低，丝状菌容易获得较高的生长效率，因此最容易发生污泥膨胀。除了想办法改善水质和曝气外，最根本有效的是将曝气池分成多个单元，以推流方式运行，或者增加一个设置在单元内的小型预曝气池作为生物选择器，利用高污泥负荷吸附部分有机物，消除有机酸。这种方法不仅有助于抑制污泥膨胀，还能有效提高生化处理的效果。在曝气池中添加填料的方法也适用于低负荷完全混合工艺。
对于A/O和A2/O工艺，可以在好氧段之前设置缺氧段、厌氧段和污泥回流系统，使混合菌群交替处于缺氧和好氧状态，有机物浓度周期性变化，既控制了污泥膨胀，又提高了污泥沉降性能。而交替式氧化沟、UNITANK工艺等连续进水的系统，在时间和空间上都有一个实用的“选择器”，所以对污泥膨胀有很强的控制能力。如果这两个过程发生污泥膨胀，可以通过调节曝气量控制溶解氧和控制污泥回流量来调节池内污泥负荷和DO。经过一段时间的改善，污泥膨胀一般可以得到控制。
3.摘要
一般来说，污泥膨胀是由于丝状菌种类繁多，生长环境适宜。在不同工艺、不同水质的情况下，微生物的生长环境非常微妙，这就要求当发生污泥膨胀时，水处理工作者需要根据实际情况做大量的实际实验和分析，大胆实践，解决污泥膨胀问题。以下是这篇文章观点的总结。
丝状细菌是生长和加工微生物不可或缺的一部分。污泥膨胀现象在于丝状菌的过度生长，消除污泥膨胀的根本在于丝状菌和活性污泥菌胶团的平衡生长；充分混合比推流式更容易发生污泥膨胀，低污泥负荷和高污泥负荷都容易发生污泥膨胀。从水温、pH值、营养物质以及处理前是否有消化反应等方面来看，进水水质是处理污泥膨胀首先要考察的问题。高负荷下的污泥膨胀一般在于溶解氧不足；采用生物选择器是低负荷下污泥膨胀的有效方法。由于丝状菌的多样性，关于污泥膨胀的理论解释与实际报道仍有许多不一致之处。只有大胆总结实践，与同行广泛交流，才能更快找到有效的解决方案。