丝状菌引起活性污泥膨胀控制的理论研究

摘要：活性污泥是菌胶团细菌与丝状菌的共生系统，任何活性污泥系统中都存在着丝状茵。丝状菌也不仅仅是一种菌存在，活性污泥中存在着至少30种可能引起污泥膨胀的丝状菌，污泥膨胀的原因是复杂的。在丝状茵与菌胶团细菌平衡生长时，不会产生膨胀问题。只有当丝状茵生长超过菌胶团细菌时，就会出现膨胀问题。
　　一、污泥膨胀控制方法的演化过程
　　早期控制丝状菌引起的污泥膨胀(简称污泥膨胀)的主要手段是利用丝状菌具有较大的比表面积值，采用药剂杀死丝状菌，或是投加无机或有机混凝剂或助凝剂以增加污泥絮体的比重<1>。这些方法往往无法彻底解决污泥膨胀问题，并且相反地会带来出水水质恶化的不良后果。人们逐渐认识到活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌形成一个共生的微生物生态体系。在这种共生关系中，丝状微生物是不可缺少的重要微生物，其在活性污泥工艺中对于高效、稳定地净化污水起重要作用。人们逐渐的从简单地杀死丝状菌过渡到利用曝气池中的生长环境，调整丝状菌的比例，控制污泥膨胀的发生--即环境调控阶段。环境调控概念的使用是人们在污泥膨胀控制技术和实践上的一大进步。其主要出发点是使曝气池中的生态环境，有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖，将丝状菌控制在一个合理的范围之内，从而控制污泥膨胀的发生和发展。同时利用丝状菌特性净化污水，稳定处理工艺。近年选择器理论得到充分发展和应用就是这一概念具体体现<2><3>。考试大环保工程师，值得您收藏的好站点！
　　二、统一的污泥膨胀的理论
　　由于活性污泥是一混合培养系统，活性污泥是菌胶团细菌与丝状菌的共生系统，任何活性污泥系统中都存在着丝状茵。丝状菌也不仅仅是一种菌存在，活性污泥中存在着至少30种可能引起污泥膨胀的丝状菌，污泥膨胀的原因是复杂的。在丝状茵与菌胶团细菌平衡生长时，不会产生膨胀问题。只有当丝状茵生长超过菌胶团细菌时，就会出现膨胀问题。污泥膨胀是由丝状茵和菌胶团细菌生理和生化性质不同所决定的，这两类细菌性质的差异见表1。

表1 　　丝状菌与菌胶团细菌性质对比表<1>
序号	性　　 质	菌胶团菌	参考值	丝状菌	参考值
1	最大生长率(μmax)	高	4.4d-1	低	3.0 d-1
2	基质亲合力(Ks)	低	64mg/l	高	40 mg/l
3	DO亲合力(KDO)	低	0.1 mg/l	高	0.027 mg/l
4	内源代谢率(Kd)	高	0.012 d-1	低	0.010 d-1
5	产率系数(Y)	高	0.153g/g	低	0.139 g/g
6	积累能力(A)	高		低
7	耐饥饿能力及贮存能力	高		非常低

　　通过对近年来活性污泥膨胀问题国内外研究进展的分析和综合，可以将主要的活性污泥丝状菌膨胀的原因分为五种类型：即a)基质限制；b)溶解氧限制；c)营养物缺乏型高；d)高、低pH引起； e) 和硫化氢因素等膨胀类型<4>。
　　1.广义的Monod方程
　　丝状菌与菌胶团细菌竞争的数学模型，其遵循多种基质限制的广义Monod方程，即Monod-McGee方程<1>：
　　μ＝μmax[S1/(K1+S1)][S2/(K2+S2)]…[Sn/(Kn+Sn)]　(1)
　　其中：μmax：最大生长速率(d-1)；Ki:第I种基质亲和力(mg/l)；Si：第I种基质。
　　根据动力学方程(1)可知，基质限制、溶解氧限制和营养物缺乏型的膨胀问题都可用广义Monod方程来加以解释。值得说明的是当氮严重缺乏时并不能归入这一理论。原因在于由于缺乏氮，使微生物不能充分利用碳源合成细胞物质，使得过量的碳源被转变为多糖类胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，从而形成结合水，影响污泥沉降性能，产生了高粘度性的膨胀，其类型不属于丝状菌膨胀<5>。
　　2.硫化氢的等其他类型的问题
　　关于pH的影响，可在动力学方程的参数上，作为动力学常数的乘积因子的形式进行耦合，或者单独列出其动力学方程，从而统一在广义Monod方程之下。关于H2S的影响，从文献中报道引起污泥膨胀的H₂S数值很低，一般是在1～2.0mg/l<5>。笔者认为每升几毫克硫化氢似乎不足以供发硫菌或贝氏硫细菌大量增值的能量，相反几十到上百ppm的有机酸是值得注意的因素。我们进行了向污水中添加H2S的实验，通过实验发现即使H₂S浓度达到 50mg/l也并不发生膨胀<6>。事实上，一些厌氧装置运转的较好，虽然出水含有大量H₂S，但是挥发酸浓度很低时，好氧后处理也不发生膨胀。当污水处于腐败和厌氧条件时，污水厌氧发酵的同时产生H₂S和挥发酸。挥发酸主要包括乙酸、丙酸等，这些低分子易于降解，造成耗氧速率的增加<7>，从而引起氧的限制型膨胀，这是造成污泥膨胀的根本原因。而H₂S的出现是污水厌氧发酵的一个伴随现象。因此H2S的膨胀类型可归为溶解氧限制类型的膨胀，从而广义的Monod动力学模型可以在一定程度上很好地统一污泥膨胀的理论。
　　3.双基质的Monod方程
　　由于城市污水中N、P和其它营养元素一般不缺乏，因此在一般情况下，可只考虑碳源限制和DO限制两种情况。这样城市污水的丝状菌膨胀问题就简化为两种主要类型的膨胀问题，即基质限制和溶解氧限制类型。
　　μ＝μmax [S/(Ks+S)][DO/KDO+DO]　(2)
　　其中：μmax：最大生长速率(d-1)；Ks:基质亲和力(mg/l)；KDO＝溶解氧亲和力(mg/l)； 环保工程师考试 环保工程师　专业知识　专业知识辅导

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