1、高負(fù)荷污泥膨脹機(jī)理
對(duì)于運(yùn)行條件對(duì)膨脹的影響，人們的認(rèn)識(shí)很不一致。在實(shí)際生產(chǎn)的報(bào)道中負(fù)荷低會(huì)引起膨脹，負(fù)荷高也會(huì)引起膨脹；低溶解氧會(huì)引起膨脹，高溶解氧也會(huì)引起膨脹；完全混合曝氣池會(huì)發(fā)生膨脹，推流式曝氣池也會(huì)發(fā)生膨脹；低C∶N比(或C∶P比)引起膨脹，高C∶N比(或C∶P 比)也會(huì)引起膨脹等等。
由于很多因素會(huì)造成污泥膨脹，對(duì)膨脹的報(bào)道眾說紛紜，使得人們對(duì)于污泥膨脹問題望而生畏。污泥膨脹問題是污水處理工藝中相對(duì)比較復(fù)雜的一個(gè)問題。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，首先，引起污泥膨脹的絲狀菌達(dá)30多種，所以實(shí)際活性污泥膨脹問題異常復(fù)雜。
高負(fù)荷膨脹也叫非絲狀菌膨脹，因?yàn)椴皇墙z狀菌過量繁殖導(dǎo)致的膨脹，但是膨脹表現(xiàn)卻和絲狀菌膨脹的情形差不多，都具有沉淀性能嚴(yán)重下降，二沉池跑泥嚴(yán)重，SV最高可達(dá)90%。
具體說下兩者的區(qū)別，非絲狀菌膨脹是因?yàn)檫^高的碳源進(jìn)入系統(tǒng)，在高基質(zhì)下，細(xì)菌吸附的碳源代謝不了，并在細(xì)菌表面分泌出親水性多糖，并部分進(jìn)入系統(tǒng)，細(xì)菌處于對(duì)數(shù)期，這時(shí)候細(xì)菌具有最強(qiáng)的活性，導(dǎo)致菌膠團(tuán)解體。絲狀菌膨脹是因?yàn)榻z狀菌的過渡繁殖，絲狀菌伸出菌膠團(tuán)，并與其相鄰的絲狀菌形成松散的絮團(tuán)，導(dǎo)致絮團(tuán)密度減少嚴(yán)重影響沉降性能。其中最明顯的表觀區(qū)別是：絲狀菌膨脹和非絲膨脹在曝氣池區(qū)別是一個(gè)是浮泥，一個(gè)是泡沫！
2、高負(fù)荷污泥膨脹的控制
①、負(fù)荷和溶解氧的影響
采用城市污水負(fù)荷為0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBOD5/(kgMLSS·d)，溶解氧濃度1.0mg/L～2.0mg/L，污泥齡為20天的完全混合曝氣池(截面積1.0m2，高3.0m)。第一階段由于絲狀菌的過度增殖，SVI從280mL/g上升到800mL/g，污泥濃度下降至0.68g/L，二沉池中污泥不斷流失。
一般認(rèn)為在溶解氧為1.0mg/L～2.0mg/L條件下運(yùn)行的曝氣池不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，而試驗(yàn)中溶解氧濃度一直維持在這一水平，仍然發(fā)生了污泥膨脹。在第二階段，從第16天提高溶解氧濃度至3.0mg/L～5.0mg/L(平均4mg/L)可以觀察到SVI很緩慢地逐漸下降，污泥濃度不斷上升，在大約25天后，污泥濃度逐漸回升到1.5g/L，這時(shí)SVI下降到300mL/g。一般污泥膨脹發(fā)生速度很快，只要2～3天，而膨脹污泥的恢復(fù)很緩慢，往往需要3倍泥齡以上的時(shí)間。在一個(gè)污泥齡的時(shí)間內(nèi)，觀察到污泥沉降性能的明顯改善。
②、加填料控制污泥膨脹
在生產(chǎn)性曝氣池頭部加占總池容15%軟填料，與傳統(tǒng)工藝不加填料時(shí)的SVI對(duì)比。加設(shè)軟性填料系統(tǒng)總停留時(shí)間為4h，負(fù)荷在0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBOD5/(kgMLSS·d)之間。在曝氣池供氧充足的條件下(氣水比(3.7～5)∶1)，加填料可很好地控制膨脹現(xiàn)象。 傳統(tǒng)曝氣池在相同條件下的運(yùn)行，在后期停留時(shí)間延長1倍。負(fù)荷降低1倍，SVI仍在200mL/g ～500mL/g之間，遠(yuǎn)高于加填料系統(tǒng)(SVI平均在100mL/g左右)。從填料池的分析來看，填料上附著生長的微生物以硫絲菌、021N型菌絲狀菌為主。填料池對(duì)有機(jī)酸的去除率高達(dá)80%，對(duì)COD去除率為50%，H2S從3.67mg/L降至0.77mg/L。從而去除了絲狀菌的生長促進(jìn)因素，有利于絮狀菌的生長。
事實(shí)上，填料池也相當(dāng)一個(gè)選擇器，其將絲狀菌固著于填料上在第一個(gè)池子中選擇性地充分生長，但不進(jìn)入活性污泥絮體之中。而絮狀菌在第二個(gè)池內(nèi)生長，從而避免了污泥膨脹的發(fā)生。其主要的作用是降低污水的有機(jī)負(fù)荷，菌膜的脫落是次要因素。對(duì)于有機(jī)負(fù)荷的降低，是從兩方面進(jìn)行，首先是對(duì)有機(jī)物的直接去除，這個(gè)作用在分設(shè)的填料池中最為明顯。其次是填料上生長的微生物量，增加了系統(tǒng)中總的生物量，從而降低了有機(jī)負(fù)荷。加填料控制污泥膨脹的方法很簡單，但缺點(diǎn)是增加了一定的投資，還有填料的更換問題。一般適宜小型污水處理廠使用，而大型污水處理廠一般不宜采用。
③、池型和曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥膨脹的影響
對(duì)城市污水在高負(fù)荷下進(jìn)行如下對(duì)比試驗(yàn)，負(fù)荷同為0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)～0.8kgBO D5/(kgMLSS·d)，停留時(shí)間為4h，氣、水比為(3.4～5)∶1。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)呈推流式曝氣的SVI要比同樣運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的完全混合曝氣池的高100左右。在試驗(yàn)中氣、水比為3.5∶1的情況下，推流式曝氣池的SVI上升到450mL/g左右，二沉池污泥面不斷上升，污泥溢流，發(fā)生污泥膨脹。強(qiáng)制排泥后，污泥濃度不斷下降。這時(shí)增加曝氣量之后，雖SVI略有下降，但由于污泥濃度恢復(fù)較慢。負(fù)荷比初始值要大的多，接近1.0kgBOD5/(kgMLSS·d)，SVI最終仍在350mL/g左右。
這個(gè)試驗(yàn)不但說明了溶解氧(宏觀)在控制污泥膨脹中的重要作用，同時(shí)說明曝氣池中實(shí)際 (微觀)的溶解氧濃度的不同對(duì)于膨脹的影響。在兩個(gè)池子停留時(shí)間、曝氣量、水質(zhì)、負(fù)荷等完全一致的情況下，產(chǎn)生差別的原因是由于推流式曝氣池首端的溶解氧濃度，在整個(gè)試驗(yàn)期間里一直等于零。而在完全混合曝氣池中溶解氧濃度為2.0mg/L。這表明在高負(fù)荷的曝氣池的運(yùn)轉(zhuǎn)中，推流式曝氣池不利于改善污泥沉降性能。因?yàn)楫?dāng)污水中存在大量容易降解的物質(zhì)，使得曝氣池氧的利用速率加快。造成氧的供應(yīng)速率低于氧的利用速率，特別是在曝氣池頭部更加嚴(yán)重。
在這種情況下使氧成為限制因素，即使在曝氣池其它部位溶解氧濃度為1.0mg /L～2.0mg/L仍然發(fā)生膨脹。其原因在于首端負(fù)荷過高，嚴(yán)重缺氧造成絲狀菌從絮體中伸展出來爭奪氧氣，同時(shí)在后段的絲狀菌由于可以從主體溶液中直接吸取營養(yǎng)，比絮體本身中的菌膠團(tuán)菌有更高的生長速率，從而得到充分的增殖(充分伸展的絲狀菌阻礙了污泥的沉降)而造成了膨脹。從試驗(yàn)結(jié)果來看，在曝氣池頭部的溶解氧保持在2.0mg/L(強(qiáng)化曝氣或再生池) ，可以有效地控制污泥膨脹。
3、回流污泥射流強(qiáng)化曝氣
在以上研究和分析的基礎(chǔ)上，在推流曝氣池的首端采用回流污泥經(jīng)過射流曝氣器進(jìn)行強(qiáng)化曝氣，并輔以原有的中微孔曝氣器，這時(shí)首端小池的溶解氧從零提高到1.6mg/L，解決了首端供氧不足的矛盾。因而，SVI值不斷下降至160mL/g，這時(shí)射流攜帶空氣量很小。通過對(duì)回流污泥單獨(dú)射流和增加曝氣量的試驗(yàn)結(jié)果的比較，可以得出如下結(jié)論：回流污泥射流對(duì)于污泥膨脹的控制作用，不是由于射流過程中對(duì)于絮體的切割，造成絲狀菌長度及生態(tài)環(huán)境變化而造成的結(jié)果，而是由射流過程中高的傳質(zhì)效率，提供了充足的溶解氧。在曝氣池首端造成了有利于菌膠團(tuán)菌生長的條件，抑制了絲狀菌的生長，從而控制了污泥膨脹。在首端強(qiáng)化曝氣可采用回流污泥射流，也可采用加大首端曝氣強(qiáng)度(供氣量)。從試驗(yàn)結(jié)果來看，其對(duì)污泥膨脹的控制作用是十分有效的。這就為高負(fù)荷類型的污泥膨脹的控制提供了多種選擇方案。