絲狀菌污泥膨脹理論分析

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1、絲狀菌污泥膨脹理論分析-污泥處置簡(jiǎn)介：對(duì)絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了綜合分析，并在廣義Monod方程的基礎(chǔ)上基本統(tǒng)一了污泥膨脹理論和建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。該模型可以很好地解釋由基質(zhì)限制、DO限制、營(yíng)養(yǎng)物缺乏、pH和H2S等因素引起的絲狀菌污泥膨脹。利用廣義Monod方程采用雙基質(zhì)限制(碳源和溶解氧)模型和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬研究，對(duì)有機(jī)負(fù)荷、DO、水質(zhì)和水量變化等因素對(duì)菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌的競(jìng)爭(zhēng)影響進(jìn)行了深入的探討，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)不同的污泥膨脹類型提出了相應(yīng)的控制策略。關(guān)鍵字：絲狀菌污泥膨脹廣義Monod方程絲狀菌環(huán)境調(diào)控　　早期控制絲狀菌污

2、泥膨脹(簡(jiǎn)稱污泥膨脹)的主要手段是投加藥劑殺死絲狀菌，或投加混凝劑和助凝劑以增加污泥絮體的比重［1］，但這些方法往往無(wú)法徹底解決污泥膨脹問題，相反地可能會(huì)帶來(lái)出水水質(zhì)惡化的不良后果。其后人們逐漸認(rèn)識(shí)到，活性污泥中的菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌構(gòu)成一個(gè)共生的微生物生態(tài)體系，在這種共生關(guān)系中，絲狀菌是不可缺少的重要微生物，對(duì)于高效、穩(wěn)定地凈化污水起著重要作用，并逐漸地從簡(jiǎn)單殺死絲狀菌過(guò)渡到利用曝氣池中的生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)整絲狀菌的比例，從而達(dá)到控制污泥膨脹的發(fā)生即進(jìn)入環(huán)境調(diào)控階段。環(huán)境調(diào)控概念的使用是人們?cè)谖勰嗯蛎浛刂萍夹g(shù)和實(shí)踐上的一大進(jìn)步，其主要出發(fā)點(diǎn)是使曝氣池中的生

3、態(tài)環(huán)境有利于選擇性地發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌，利用生物競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制抑制絲狀菌的過(guò)度生長(zhǎng)和繁殖，將絲狀菌數(shù)量控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，從而控制污泥膨脹的發(fā)生和發(fā)展，同時(shí)利用絲狀菌的特性凈化污水，穩(wěn)定處理工藝。近年來(lái)選擇器理論得到充分的發(fā)展和應(yīng)用就是這一概念的具體體現(xiàn)。1　污泥膨脹理論的統(tǒng)一　　活性污泥是一混合培養(yǎng)系統(tǒng)，其中至少存在著30種可能引起污泥膨脹的絲狀菌。在絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌平衡生長(zhǎng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹問題，只有當(dāng)絲狀菌生長(zhǎng)超過(guò)菌膠團(tuán)細(xì)菌時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹。絲狀菌和菌膠團(tuán)細(xì)菌的生理和生化性質(zhì)差異見表1。表1　絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌的差異［1］性質(zhì)菌膠團(tuán)菌參考值

4、絲狀菌參考值最大生長(zhǎng)速率(μmax)高4.4d-1低3.0d-1基質(zhì)親合力(KS)低64mg/L高40mg/LDO親合力(KDO)低0.1mg/L高0.027mg/L內(nèi)源代謝率(Kd)高0.012d-1低0.010d-1產(chǎn)率系數(shù)(Y)高0.153g/g低0.139g/g積累能力(A)高　低　耐饑餓能力及貯存能力高　非常低　　　通過(guò)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)活性污泥膨脹問題研究進(jìn)展的分析和綜合，可以將引起絲狀菌污泥膨脹的原因分為5種類型，即a.基質(zhì)限制；b.DO限制；c.營(yíng)養(yǎng)物缺乏；d.pH影響；e.H2S影響［2］。1.1　廣義Monod方程　　絲狀菌與菌膠團(tuán)

5、細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)學(xué)模型遵循多種基質(zhì)限制的廣義Monod方程，即MonodMcGee方程［1］：　　　　　　　μ＝μmax(S1／K1+S1)(S2／K2+S2)…(Sn／Kn+Sn)　　　　　　　(1)　　式中μmax——最大生長(zhǎng)速率，d-1　　　　　Ki——第i種基質(zhì)親和力，mg/L　　　　　Si——第i種基質(zhì)濃度　　根據(jù)式(1)可知，基質(zhì)限制、DO限制和營(yíng)養(yǎng)物缺乏型的污泥膨脹問題都可用廣義Monod方程來(lái)加以解釋(當(dāng)?shù)獓?yán)重缺乏時(shí)的污泥膨脹不能歸入這一理論，原因在于若缺乏氮，微生物便不能充分利用碳源合成細(xì)胞物質(zhì)，過(guò)量的碳源將被轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗵穷惏赓A存物

6、，這種貯存物是高度親水型化合物，易形成結(jié)合水，影響污泥的沉降性能，從而產(chǎn)生高粘性膨脹，其不屬于絲狀菌污泥膨脹范疇)?！　￡P(guān)于pH的影響，可在動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)的基礎(chǔ)上，以動(dòng)力學(xué)常數(shù)的乘積因子的形式進(jìn)行耦合，或者單獨(dú)列出其動(dòng)力學(xué)方程，從而統(tǒng)一在廣義Monod方程之下。關(guān)于H2S的影響，文獻(xiàn)報(bào)道引起污泥膨脹的H2S濃度很低，一般是在1～2.0mg/L。但通過(guò)向污水中添加H2S的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使H2S濃度達(dá)到50mg/L也不會(huì)發(fā)生污泥膨脹。事實(shí)上，一些厭氧裝置雖然出水含有大量H2S，但是揮發(fā)性有機(jī)酸濃度很低時(shí)，好氧后處理也不發(fā)生污泥膨脹；當(dāng)揮發(fā)性有機(jī)酸達(dá)到一定

7、濃度時(shí)需引起注意，其中主要的低分子有機(jī)酸(乙酸、丙酸)易于降解，因此造成耗氧速率的增加［3］，引起氧的限制型膨脹，這是造成污泥膨脹的根本原因。而H2S的出現(xiàn)是污水厭氧發(fā)酵的一個(gè)伴隨現(xiàn)象，也可歸為DO限制型的膨脹，從而廣義的Monod動(dòng)力學(xué)模型可以在一定程度上很好地統(tǒng)一污泥膨脹的理論。1.2雙基質(zhì)Monod方程　　由于城市污水中N、P和其他營(yíng)養(yǎng)元素一般不缺乏，因此在一般情況下，可只考慮碳源限制和DO限制兩種情況。這樣，城市污水的絲狀菌污泥膨脹問題就簡(jiǎn)化為兩種主要類型，即基質(zhì)限制和DO限制型?！　　　　ˇ蹋溅蘭ax（S／KS+S）·（DO／KDO+DO

8、）　　　　　　(2)　　式中μmax——最大生長(zhǎng)速率，d-1　　　　　KS——基質(zhì)親和力，mg/L　　　　　KDO——DO