活性污泥法的關(guān)鍵技術(shù)是活性污泥沉降性能的好壞，它直接影響了出水水質(zhì)，而污泥膨脹是惡化處理水質(zhì)的重要原因。

1 污泥膨脹的概念及測定指標
1.1 污泥膨脹的概念
活性污泥是活性污泥處理系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的異常情況之一，其表觀現(xiàn)象是活性污泥絮凝體的結(jié)構(gòu)與正常絮凝體相比要松散一些，體積膨脹，含水率上升，不利于污泥底物對污水中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收降解，并且影響后續(xù)工序的沉淀效果。
一般從以下三個方面定義污泥膨脹：沉降性能差，區(qū)域沉降速度小；污泥松散，不密實，污泥指數(shù)較大；由絲狀菌引起的污泥膨脹中，絲狀菌總長度大于1×104 m/g。
1.2 污泥膨脹的理論
Chudoba在1973年提出了選擇性理論，該理論以微生物生長動力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同種類微生物的最大生長速率μmax及其飽和常數(shù)Ks值的不同，分析絲狀菌與菌膠團細菌的競爭情況。該理論認為活性污泥中存在A、B兩種類型微生物種群，絲狀菌屬于A型;具有低的 Ks和μmax值，在低基質(zhì)濃度時具有高的生長速率并占優(yōu)勢；而菌膠團細菌屬于B 型，具有較高的Ks和μmax值，在高的基質(zhì)濃度條件下生長速率大并占優(yōu)勢。1980年P(guān)lam又對理論加以擴展，認為該理論對溶解氧也成立，即DO與碳源基質(zhì)一樣，其濃度的高低影響著兩種類型細菌的生長速率及其優(yōu)勢地位。
選擇性理論能從微生物生長動力學(xué)基礎(chǔ)上對污泥膨脹現(xiàn)象給予了合理的解釋，已被人們廣泛接受并成為污泥膨脹研究領(lǐng)域中主要理論。在該理論的指導(dǎo)下，已成功地開發(fā)出了選擇性反應(yīng)器工藝來控制污泥膨脹。
1.3 測定指標
污泥沉降比：取活性污泥反應(yīng)器中的混合液靜置30 min后所形成的沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分比。正常的活性污泥靜置沉淀30 min后，一般可接近其最大密度，反映出二沉池中活性污泥的濃縮情況。

污泥容積指數(shù)：曝氣池出口處的混合液，在經(jīng)過30 min靜沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容積。可表示活性污泥中菌膠團結(jié)合水率的高低。

污泥成層沉降速度：混合液靜置一段時間后，形成清晰的泥水分界線，此后進入成層沉淀階段，分界線勻速下降的速度即為污泥成層沉降速度。

絲狀菌長度：活性污泥單位體積內(nèi)絲狀菌的長度，該指標用來表示絲狀菌含量。
2 污泥膨脹的類型
污泥膨脹分絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹兩類。其中90%是由絲狀菌引起的，只有10%左右是由非絲狀菌引起的。活性污泥系統(tǒng)中的生物處于動態(tài)平衡之中，理想的絮凝體沉淀性能好，絲狀菌和菌膠團細菌之間相互競爭，相互依存，絮體中存在的絲狀菌有利于保護絮體已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)并能增加其強度。但是在污泥膨脹誘因的誘發(fā)下，絲狀菌在和菌膠團的競爭中占優(yōu)，大量的絲狀菌伸出絮凝體，破壞其穩(wěn)定性。

可辨識的污泥膨脹絮體有兩種類型：第一類是長絲狀菌從絮體中伸出，此類絲狀菌將各個絮體連接，形成絲狀菌和絮體網(wǎng)；第二類具有更開放的結(jié)構(gòu)，細菌沿絲狀菌凝聚，形成細長的絮體。
3 污泥膨脹的原因
3.1 絲狀菌污泥膨脹的原因
3.1.1 進水水質(zhì)
（1）原水中營養(yǎng)物質(zhì)含量不足。活性污泥法處理污（廢）水的過程，就是污泥中的微生物種群不斷地吸收、利用水中污染物，在自身增殖的同時，將污染物加以降解的過程。隨反應(yīng)的進行需要多種營養(yǎng)物質(zhì)保證其正常的新陳代謝活動，并維持生物的動態(tài)平衡和活動。若微生物的食物不足，會使低營養(yǎng)型微生物絲硫細菌、貝氏硫細菌過度繁殖，在與菌膠團細菌的競爭中占優(yōu)。
（2）原水中碳水化合物和可溶性物質(zhì)含量高。絲狀菌與其它菌種相比有其自身的一些特點，它對高分子物質(zhì)的水解能力弱，較難吸收不溶性物質(zhì)。所以，當廢水中含有較多量的可溶性有機物時，有利于底物中絲狀菌的繁殖。此外，廢水中含過多量的糖類碳水化合物時，諸如球衣菌屬的絲狀菌能直接將葡萄糖、乳糖等糖類物質(zhì)作為能源加以吸收利用，同時分泌出高粘性物質(zhì)覆蓋在菌膠團細菌表面，從而大大提高了污泥的水結(jié)合率。
（3）硫化物含量高。正常的活性污泥中硫代謝絲狀菌含量不多，若污水中硫化物含量偏高（這種情況多存在于工業(yè)廢水中），容易引起諸如硫化菌、021N型菌、貝氏硫化菌等硫代謝絲狀菌的過量增殖，致使引發(fā)污泥膨脹。
（4）進水波動。進水波動是指進入活性污泥反應(yīng)器的原水在流量以及有機物濃度、種類方面的改變。如果曝氣池中有機物濃度突然增加，就會因微生物呼吸迅速致使溶解氧含量降低，此時絲狀菌在爭奪氧中占優(yōu)，大量繁殖，引起污泥膨脹。
3.1.2 反應(yīng)器環(huán)境
（1）溫度。反應(yīng)器底物中每種細菌都有自己的最適宜生長溫度，在最適宜生長溫度下，其繁殖旺盛，競爭力強。如果溫度較低，污水中微生物代謝速度較慢，會積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)，使活性污泥的表面附著水大大增加，SVI值增高，從而可能會引起污泥膨脹。溫度對絲狀菌的影響也是很普遍的，絲狀菌膨脹對溫度具有敏感性，在其它條件等同的情況下，10℃時產(chǎn)生嚴重的污泥膨脹現(xiàn)象；將反應(yīng)器溫度提高到22℃，不再產(chǎn)生污泥膨脹。這也是大多數(shù)活性污泥在冬季時會產(chǎn)生污泥膨脹或者污泥膨脹更加嚴重的原因之一。
（2）溶解氧。溶解氧作為構(gòu)成活性污泥混合液三要素（氣、水、泥）之一，是許多生物降解反應(yīng)的必要條件。菌膠團細菌和浮游球衣菌等絲狀菌對溶解氧需要量差別比較大，菌膠團細菌是好氧菌，而絕大多數(shù)絲狀菌是適應(yīng)性強的微好氧菌。因此，若溶解氧含量不足，菌膠團菌的生長受到抑制，而絲狀菌仍能正常利用有機物，在競爭中占優(yōu)。
（3）pH值。pH值較低，會導(dǎo)致絲狀真菌的繁殖而引起污泥膨脹。活性污泥微生物最適宜的pH值范圍是6.5~8.5；pH值低于6.5時利于真菌生長繁殖；pH值低至4.5時，真菌將完全占優(yōu)，活性污泥絮體遭到破壞，所處理的水質(zhì)惡化[9]。
（4）BOD－污泥負荷。BOD污泥負荷是設(shè)計活性污泥反應(yīng)池和控制其運行的重要指標。
3.2 非絲狀菌污泥膨脹的原因

對于非絲狀菌膨脹的研究較少，一般認為非絲狀菌膨脹是由于絮凝體生理活動的異常而發(fā)生的。
3.2.1 進水中含有毒物質(zhì)
由于進水中含有較多的有毒物質(zhì)，導(dǎo)致細菌中毒不能分泌出足夠的粘性物質(zhì)，難以形成絮體，或即使形成絮體，但結(jié)構(gòu)松散，沉降性能不好。
3.2.2 營養(yǎng)物質(zhì)缺乏或不平衡
進水中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏或不平衡，除引發(fā)絲狀菌膨脹外，還會導(dǎo)致非絲狀菌污泥膨脹。由于進水中含有大量的溶解性有機物，使污泥負荷太高，而進水中又缺乏足夠的 N、P或溶解氧不足，細菌很快把大量有機物吸入體內(nèi)，又不能及時代謝分解，向外分泌過多的糖類物質(zhì)，這類物質(zhì)中所含的羥基具有很強的親水性，可以使活性污泥結(jié)合水率高達400%，呈粘性的凝膠狀
4 絲狀菌引起污泥膨脹的控制方法
4.1 投加藥劑法控制污泥膨脹
污泥膨脹的早期控制方法主要是靠外加藥劑（如消毒劑）直接殺死絲狀菌或投加無機或有機混凝劑增加污泥絮體的密度來改善污泥絮體的沉降性能。目前此類方法仍運用于某些污水處理廠。
4.1.1 投加氧化劑
（1）投加Cl2或漂白粉。控制污泥膨脹采用的傳統(tǒng)氧化劑是Cl2。Jenkins等人的研究表明，具有氧化能力的Cl2、HOCl和次氯酸根滲入細胞后，能破壞菌體內(nèi)的酶系統(tǒng)，導(dǎo)致細胞死亡。絕大程度上說的絲狀菌都可通過加氯氣加以控制。一般投加在回流污泥中，加氯點的 Cl2、濃度應(yīng)控制在小于35 mg/L，加氯量最適宜控制在10~20 mg/L·d，投加量過大反而會殺死菌膠團菌，造成絮體解體。當SVI值逐漸降低、膨脹不斷緩解時，應(yīng)逐漸減少投藥量。
（2）投加H2O2。雙氧水在控制污泥絲狀菌膨脹中的應(yīng)用也相當廣泛。Keller等人的研究發(fā)現(xiàn)，控制絲狀菌的最少投量是0.1 g/kg·d（H2O2/MLSS）時，將會破壞脫磷作用，投加一段時間后（大概10天）脫磷作用會慢慢恢復(fù)。H2O2的毒性對脫氮作用只有少量的影響，在檢測中沒有發(fā)現(xiàn)氨、氮和硝酸鹽氮有明顯變化。
（3）投加O3。投加臭氧也可以控制絲狀菌引起的污泥膨脹，臭氧還能有效地改善硝化作用和提高難降解有機物的去除率，臭氧的投加量在4 g/kg·d（H2O2/MLSS）左右，一般投加在好氧區(qū)。
4.1.2 投加凝聚劑
投加合成的有機聚合物、鐵鹽、鋁鹽等混凝劑均可以通過其凝聚作用來提高污泥的壓密性增加污泥的比重；投加高嶺土、碳酸鈣、氫氧化鈣等也可以通過提高污泥的壓密性來改善污泥的沉降性能。實踐證明，不設(shè)初沉池的污水廠，其SVI值都比較低，所以設(shè)有初沉池的污水廠發(fā)生污泥膨脹時，將部分污水直接送到曝氣池也是一種控制污泥膨脹的方法。
當污泥膨脹發(fā)生時，采用上述方法能較快地降低SVI值，但是沒有從根本上控制住絲狀菌的繁殖。一旦停止加藥，污泥膨脹可能又會出現(xiàn)。加藥改變了微生物的生長環(huán)境，無疑會對污水處理廠的穩(wěn)定運行產(chǎn)生負面影響，因此只能作為臨時應(yīng)急只用。
4.2 改善環(huán)境法控制污泥膨脹
通過對污泥膨脹機理不斷深入的研究和對絲狀菌作用的進一步了解，對于污泥膨脹的控制方法也隨之由簡單的投藥等方法發(fā)展到應(yīng)用生態(tài)學(xué)的原理調(diào)節(jié)處理工藝運行條件及反應(yīng)器環(huán)境條件，通過協(xié)調(diào)菌膠團菌微生物與絲狀菌共生關(guān)系，從根本上消除污泥的絲狀菌膨脹問題。
4.2.1 增設(shè)生物選擇器
早在上世紀70年代人們就發(fā)現(xiàn)，當曝氣池中混合液呈推流狀態(tài)并形成一個明顯的底物濃度梯度時，不易發(fā)生污泥膨脹。生物選擇器的設(shè)計原理就是使曝氣池中的生態(tài)環(huán)境有利于選擇性地發(fā)展菌膠團細菌，應(yīng)用生物競爭的機制控制絲狀菌的過度增殖，從而控制污泥膨脹。我們可在曝氣池之前設(shè)一個小池，局部地提高F/M值，或把曝氣池前端設(shè)置成高負荷接觸區(qū)，選擇性地培養(yǎng)菌膠團細菌，使其成為優(yōu)勢菌種。
選擇器可分為好氧、缺氧和厭氧三種類型。好氧選擇器的工作原理是利用菌膠團細菌能在高負荷底物濃度中迅速繁殖并貯存這些底物，而此時絲狀菌的增長速率并不能明顯地提高。高負荷接觸之后的曝氣反應(yīng)中，菌膠團細菌利用貯存的底物大量繁殖生長，絲狀菌因食物缺乏而使其生長收到抑制。缺氧選擇器的工作原理是大部分菌膠團細菌能夠利用硝酸鹽中的化合態(tài)氧作氧源生長繁殖。而絲狀菌此功能較弱，所以生長受到抑制。J.Wanner等人通過對厭氧選擇器的實驗分析證實，菌膠團細菌由于放磷反應(yīng)而獲取的能量得以能在厭氧條件下利用有機物進行繁殖并貯存，后續(xù)的曝氣反應(yīng)中基質(zhì)濃度底，使絲狀菌受到抑制，從而阻止了污泥膨脹的發(fā)生。
4.2.2 采用SBR工藝
從SBR法的反應(yīng)階段其底物濃度的變化可以看出，SBR法不易發(fā)生污泥膨脹。如果把普通活性污泥法中混合液的流態(tài)用“離散度”表示，那么它在完全混合時為無窮大，在理想推流時為零。SBR法反應(yīng)階段的底物濃度變化相當于普通污泥曝氣池分格數(shù)為無窮多時的情況（因為普通污泥處理法曝氣池分格數(shù)越多越接近推流式）。這就有利于菌膠團細菌在競爭中處于優(yōu)勢。此外，SBR法的優(yōu)點還有：進水和反應(yīng)開始階段的反應(yīng)器處于厭氧狀態(tài)，有利于抑制絲狀菌的過量生長； SBR法的污泥齡短，比增值速率較小的絲狀菌不能很好地繁殖；可以省去初沉池相對減少廢水中溶解性底物的比例，同時增加了總懸浮固體量。由此可見，SBR本身就是一個很好地防止污泥膨脹的選擇器。
4.2.3 回流污泥再生法
此法主要應(yīng)用在脫氮除磷工藝中，將二沉池排出的回流污泥排入一單獨設(shè)置的曝氣池內(nèi)進行曝氣，將微生物體內(nèi)貯存物質(zhì)氧化，從而使菌膠團細菌具有最大吸附和貯存能力，使污泥得到充分再生并恢復(fù)活性，所以可以在與絲狀菌的競爭中獲得優(yōu)勢，抑制絲狀菌的過量繁殖。
5 非絲狀菌引起污泥膨脹的控制方法
非絲狀菌膨脹又稱高粘度膨脹，在國內(nèi)的研究報道很少。營養(yǎng)物缺乏是導(dǎo)致污泥膨脹的一個重要因素。高春娣等人的研究表明投加充足的氮源和磷源，并適當提高污泥負荷可以控制污泥膨脹的發(fā)生。如果是由痕量金屬的缺乏造成的，可以通過補充污水中的痕量金屬的量來消除污泥膨脹。此外，投加酶也可以控制污泥膨脹的發(fā)生。
6 結(jié)語
隨著實踐的日益深入，人們對污泥膨脹這一問題的研究不斷加深，并不斷地有新的研究成果發(fā)表，但就污泥膨脹的原因這一問題，沒有統(tǒng)一絕對的答案。許多研究者通過實驗得出的結(jié)論不相一致甚至相反。在工程實際中，引發(fā)污泥膨脹的誘因不可能是單一的，只有分析其產(chǎn)生的主要原因，才能找到解決問題的關(guān)鍵辦法。