水處理技術:1 前言
在采用活性污泥法處理各種廢水的運行管理中，因各種原因會使污泥膨脹、上浮導致污泥結構松散、沉降性差，嚴重破壞整個生化處理過程，不僅影響出水水質，而且由于污泥大量流失，使曝氣池中混合液濃度不斷降低，污染物去除效果變差。本文通過探尋活性污泥惡化的原因，提出一些較為有效的控制方法。
2 污泥膨脹
污泥膨脹從廣義上講是指活性污泥的凝聚性和沉降性的惡化，其表現形式是處理廢水呈現渾濁。
污泥膨脹可分為絲狀膨脹和高粘性膨脹。絲狀膨脹指絲狀細菌過度增殖。污泥的絮體是由菌膠團和絲狀菌共同組成的，二者相互交織，正常情況下二者比例適當。如果絲狀細菌過多，則絲狀菌將伸出污泥的絮體之外，使絮體分散，相互間的接觸、凝聚很難，導致SVI很高。高粘性膨脹是由于污泥中高粘性的多糖類物質太多所致，它們的持水性能很強，使污泥含水率較高，比重降低，難以沉降。引起污泥膨脹的主要因素如下。
2.1 水質
廢水中如果糖類物質含量過多，產生絲狀膨脹的細菌對糖類物質有特別的嗜好，豆制品、糖類加工廢水中易出現這種現象。在這類廢水中N、P含量相對不足，由于絲狀細菌的表面積大于一般細菌的表面積，故易把廢水中不足的N、P吸收，使之達到增殖。
2. 2 DO
促使處理池中DO上升的第1種情況是當微生物處于饑餓狀態時，引起自身氧化，進入衰老期；第2種情況是由于污泥活性差，葉輪線速度過高，供氧過多。總之，DO上升，短期內污泥活性可能很好，新陳代謝快，有機物分解也快，但時間一久，污泥被打得又輕又碎（但無氣泡），象霧花片似的飄滿處理池表面，隨水流走，影響去除效率。
2. 3 溫度
溫度是影響微生物生長和生存的重要因素之一。溫度過低，微生物活性不足；溫度過高，吸收細胞中生物化學反應速度和生長速率加快。通常溫度每升高10℃，生化反應速度就增加1倍。另一方面，細胞的重要組成如蛋白質、核酸等對溫度較敏感，隨溫度的升高而可能遭受不可逆的破壞。適宜活性污泥微生物生長的溫度范圍為15~35℃。
2.4 pH值
活性污泥是一個動態的微生態系統，其中不同種屬的微生物對pH值有不同的適宜范圍。過高或過低的pH值會影響外酶及存在于細胞質和細胞壁內酶的催化作用，影響微生物對營養物質的吸收，改變生長環境中營養物質的可給性以及有毒物質的毒性從而影響底物的降解。絲狀細菌宜在酸性環境（pH值為4.5~6.5）中生長，活性污泥的菌膠團宜在pH為6~8的環境中生長。
2.5 負荷率
如果曝氣池內有機物超過正常負荷，污泥膨脹程度提高，使絮體內部DO消耗提高，在菌膠團內部產生了適宜絲狀菌生長的低DO條件，從而促使絲狀菌的分枝超過絮體，伸入溶液。絲狀菌的分枝為細菌的聚合和較大絮體的形成提供了延伸的骨架，加劇了氧的滲透困難，從而導致了內部絲狀菌的發展。
3 污泥上浮
3.1 硝化
當廢水中有機氮化合物含量高或氨、氮含量高時，在適宜條件下可被硝酸菌和亞硝酸菌氧化為NO3-。如二沉池厭氧，NO3-就會還原為N2，N2被活性污泥絮凝體所吸附，使得污泥比重<1而上浮。如果二沉池長期厭氧發酵，產生的CO2和H2附聚在活性污泥上，也會使污泥比重降低而上浮。曝氣時間過長，污泥在曝氣池內氧化進入硝化階段，一般來講，出水水質較碳化階段為好，但是在供氧不足時，則會產生反硝化現象。這種污泥帶有小氣泡，反硝化剛開始，污泥顏色不變，時間久了污泥變灰色，在沉淀區表面污泥隨水凝聚成塊流出，或匯集成塊停在導流區外壁。如果曝氣區內有DO，而沉淀區內缺氧，大部分屬于反硝化現象。
3.2 致毒性底物
對活性污泥微生物有致毒作用的底物主要包括CODCr含量過高的某些有機物（酚及其衍生物，醇、醛和某些有機酸等）、硫化物、重金屬及鹵化物。工業廢水尤以石油化工廢水成分復雜，有機物濃度高、變化大。研究表明，高基質濃度可使細胞酶活動中心形成穩定的化合物，導致基質不能接近，無法被降解，甚至使細胞中毒死亡。如酚類化合物主要損傷微生物的細胞膜，鈍化酶并使蛋白質變性；醇類物質通過溶解細胞壁和膜中的類脂，破壞膜結構并使蛋白質脫水變性；醛類底物能與蛋白質氨基酸中的多種基因共價結合而使其變性；有機酸能抑制微生物（尤其是霉菌的酶和代謝活性）；重金屬離子（主要是H g+、Ag+和Cu2+）進入細胞后主要與酶或蛋白質上的-SH基結合而使之失活或變性。微量的重金屬離子還能在細胞內不斷積累最終對微生物發生毒害作用（微動作用）；鹵化物致毒物的影響順序是F >Cl>Br>I，最常見的是碘和氯，碘不可逆地與菌體蛋白質（或酶）的酪氨酸結合，生成二碘酪氨酸，使菌體失活。氯與水合成次氯酸，它分解產生強氧化劑。而且廢水中有機物的突變，使原被馴化好的并能降解有機毒物的微生物減少或消失，而另一些有機物增多或新的有機毒物出現，這樣又須經過一段時間微生物才能適應。因此，當進水CODCr 、有機物急劇變化、含有過量的致毒性底物時，就很容易使活性污泥微生物受沖擊破壞而上浮，表現為泥塊夾有大量氣泡、打碎后有油花飄在水面上。
4 控制污泥膨脹、上浮的技術措施
（1） 穩定曝氣池進水最可行、最經濟的方法是終水回流，用以稀釋、調節曝氣池進水中的有機物濃度，使其穩定在一定范圍內。終水回流的先決條件是污水處理廠的處理能力必須大于實際進水量。
（2） 控制好均質池（調節池）液位。因高液位運行會使均質池的緩沖能力下降甚至喪失；而低液位運行不僅均質效果差，且易使油和均質池底部的雜質進入曝氣池，造成活性污泥受沖擊而上浮。液位宜控制在50%~70%。
（3） 合理投加營養鹽。由于工業廢水中營養鹽比例失調，常常碳源充分而氮、磷等營養物不足，處理工業廢水時須另外補加。一般以尿素和磷酸鹽為氮源和磷源，且投加量滿足所需即可，不宜過量。
（4） 必要時曝氣池入口處設中和池及由堿池、酸池、pH檢測儀、pH自動調節閥等組成的pH自動調節系統，使曝氣池進水pH值控制在要求范圍內。
（5） 工業廢水處理廠應考慮設有較大容積的調節池（均質池），以避免曝氣池遭受水力負荷的沖擊。
（6） 采用純氧曝氣。
（7） 對積泥腐化上浮的污泥可將其打碎，待其沉下后繼續進行曝氣。
（8） 對污泥中毒引起的污泥上浮可以加大曝氣量，減少進水量，清除死污泥。
（9） 活性污泥的微生物組成主要依賴于廢水成分、流動形式、運行條件和適宜的設計。
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