活性污泥法系統(tǒng)的設(shè)計和運行有若干關(guān)鍵性問題，認識和理解這些問題對系統(tǒng)的影響，顯得十分重要。它們是：①水力負荷；②有機負荷；③微生物濃度；④曝氣時間；⑤微生物平均停留時間；⑥氧傳遞速率；⑦回流污泥濃度；⑧回流污泥率；⑨曝氣池的構(gòu)造；⑩pH和堿度；⑩溶解氧濃度。

1.水力負荷

大部分污水的水力特征是不易控制的因素。當?shù)氐纳罘绞胶图鞣秶嘟Y(jié)合形成了流向污水廠的流量變化形式。通常污水流量在一天內(nèi)是變化的。高峰常出現(xiàn)在白天，低谷則出現(xiàn)在黑夜。變化幅度隨城市大小而異。城市愈小，變化幅度愈大。在一般的設(shè)計中，高峰值約為平均流量的200%，最低值約為平均流量的50%。污水流量還隨季節(jié)變化，夏季流量大，冬季流量小。

在合流制管道系統(tǒng)中，雨水的流量大，足以破壞污水處理廠的正常運行。若要保證出水的質(zhì)量，有必要將過大的流量轉(zhuǎn)移到雨水調(diào)節(jié)池中去，當流量回跌到最大允許流量之下時，再將調(diào)節(jié)池中的雨水在控制狀態(tài)下抽送到處理構(gòu)筑物。雨水的貯存增加了處理系統(tǒng)的復(fù)雜性。在分流制系統(tǒng)中，雨水的滲入也會引起運行問題。

很多處理廠用泵來提升污水進入處理廠，由于沒有選好泵產(chǎn)生了很多問題。小廠往往只有二個人流泵，一個運行，一個備用。以前通常按每日高峰時的流量選用，該時的流量為平均流量的2～3倍，這樣，活性污泥法系統(tǒng)必須承受周期性的沖擊負荷，對運行十分不利。應(yīng)該選用同樣型號的幾臺泵，并和泵前集水井的容積相配合，使進入的變化較大的流量，通過井和泵的配合調(diào)蓄后，得到相對較穩(wěn)定的流量。有時專門設(shè)置調(diào)節(jié)池平衡一日內(nèi)的流量變化。近年來，螺旋泵再次顯示了可提供可變的流量而無需專門設(shè)備的優(yōu)點，但問題是水頭相對較小。

水力負荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。當流量增加時，污水在曝氣池內(nèi)的停留時間縮短，影響出水質(zhì)量，同時影響曝氣池的水位。若為機械表面曝氣機，由于水位的變化，它的運行就變得不穩(wěn)定。水力影響的主要部分是二次沉淀池。

2.有機負荷

曝氣區(qū)容積的計算，最早以經(jīng)驗的曝氣時間作為主要的設(shè)計參數(shù)。有了曝氣時間（即停留時間），再乘上設(shè)計流量，就可得到曝氣池的容積?，F(xiàn)在則常以污泥的有機負荷率N作為設(shè)計參數(shù)。

設(shè)計中要思考的主要問題是如何確定污泥負荷率和MLSS的設(shè)計值。從公式可知，這兩個設(shè)計值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。污泥有機負荷率的大小影響處理效率。根據(jù)經(jīng)驗，當采用活性污泥法作為完全處理時，設(shè)計的污泥負荷率一般不大于0.5kg（BOD5）/kg（MLSS）·d如果要求氮素轉(zhuǎn)入硝化階段，一般采用0.3kg（BOD5）/kg（MLSS）·d，通常稱為常負荷。有時為了減小曝氣池的容積，可以采用高負荷，即污泥負荷率采用1以上。采用高的污泥負荷率雖可減小曝氣池的容積，但出水水質(zhì)要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費用和困難，同時，整個處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運行中的困難。因此，近年來，很多國家的科技人員不主張采用高負荷系統(tǒng)。有時為避免剩余污泥處置上的困難和要求污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負荷率（<0.1），把曝氣池建得很大，曝氣池中的污泥濃度維持較高，可以基本上沒有剩余活性污泥，這就是延時曝氣法。(圖6-25)顯示了污泥負荷與BOD5，去除率，污泥齡及污泥產(chǎn)量的關(guān)系。

3.微生物濃度

怎樣確定混合液污泥濃度MD.SS呢?提高MLSS，可以縮小曝氣池的容積，或者說，可以降低污泥負荷率，提高處理效率。那末，在設(shè)計中采用高的MLSS是否就可以提高效益呢?這種想法是一種錯覺。其一，污泥量并不就是微生物的活細胞量。曝氣池污泥量的增加意味著泥齡的增加，泥齡的增加就使污泥中活細胞的比例減小；其二，過高的微生物濃度在后續(xù)的沉淀池中難于沉淀，影響出水水質(zhì)；其三，曝氣池污泥的增加，就要求曝氣池中有更高的氧傳遞速率。否則，微生物就受到抑制，處理效率降低。而各種曝氣設(shè)備都有其合理的氧傳遞速率的范圍。例如，穿孔管的氧傳遞速率為20-30mg/L·h，微孔曝氣（微孔陶瓷管或擴散板）設(shè)備的氧傳遞速率為40～60mg/L·h，純氧曝氣設(shè)備的氧傳遞速率為150mg/ L·h左右。對于每一種曝氣設(shè)備，超出了它合理的氧傳遞速率范圍，其充氧動力效率將明顯降低，使能耗增加。因此，采用一定的曝氣設(shè)備系統(tǒng)，實際上只能夠采用相應(yīng)的污泥濃度，MLSS的提高是有限度的。根據(jù)長期的運行經(jīng)驗，采用鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的傳統(tǒng)活性污泥法時，曝氣池中MLSS在2000mg/L左右是適宜的。

對不同的水質(zhì)、不同的工藝應(yīng)根據(jù)具體情況探索合理的微生物濃度。

4.曝氣時間

曝氣時間和有機負荷的關(guān)系很密切，在考慮曝氣時間時要注意一些其他有關(guān)因素。在通常情況下，城市污水的最短曝氣時間為3h，或更大些，這和滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。當曝氣池做得較小時，曝氣設(shè)備是按系統(tǒng)的負荷峰值控制設(shè)計的。這樣，在其它時間，供氧量過大，造成浪費，設(shè)備的能力不能充分得到利用。但若曝氣池做得大些，則可降低需氧速率，同時由于負荷率的降低，曝氣設(shè)備可以減小，曝氣設(shè)備的利用率得到提高。因而要仔細地評價曝氣設(shè)備和能源消耗的費用以及曝氣池的基建費用，使它們獲得最佳匹配。

假如希望獲得硝化處理結(jié)果，那么曝氣時間長短的選擇是重要的。無論是含碳物質(zhì)代謝需氧還是硝化代謝需氧，都要求足夠的氧。

長時間曝氣能降低剩余活性污泥量，這是由于好氧硝化以及內(nèi)源呼吸降低了活性物質(zhì)量所致。這樣的系統(tǒng)更能適應(yīng)沖擊負荷，但曝氣池容積增大。因而事物總是一分為二的，要結(jié)合具體的要求來選擇。

5.微生物平均停留時間（MCRT）

微生物在曝氣池中的平均停留時間，又稱泥齡，是活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計和運行中最重要的參數(shù)之一。選擇一定的有機負荷率和一定的MLSS濃度，就相應(yīng)決定了微生物的平均停留時間。因而有機負荷率和泥齡存在著內(nèi)在的聯(lián)系。

微生物平均停留時間是工作著的活性污泥總量同每日排放的剩余污泥量的比值，單位是d。例如，活性污泥總量為5000kg，每日排泥為500kg，則微生物的停留時間為10d。這也說明，工作著的活性污泥每日更新十分之一。停留時間愈短，曝氣池中的活性污泥更新愈快，愈年輕。

微生物平均停留時間至少等于水力停留時間，此時，曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。當用回流使微生物的平均停留時間大于水力停留時間時，微生物濃度增加，改善了微生物的絮凝條件，提高了微生物在二沉池中的固液分離性能。但過長的泥齡使微生物老化，絮凝條件惡化，并增加了惰性物質(zhì)引起的濁度。根據(jù)這個現(xiàn)象，微生物的停留時間應(yīng)足夠的長，促使微生物很好的絮凝，以便重力分離，但不能過長，過長反而促使絮凝條件變差。

經(jīng)驗已經(jīng)表明，通?；钚晕勰喾ㄏ到y(tǒng)的微生物平均停留時間約為水力停留時間的20倍。延時曝氣系統(tǒng)的比例為30：1，甚至為40：1。對于高負荷系統(tǒng)，其比例接近10：1。通?；钚晕勰嘞到y(tǒng)的水力停留時間，對城市污水來講，為4-6h，則相應(yīng)的微生物停留時間為3.3～5 d。延時曝氣的水力停留時間為24h，則微生物停留時間為30d左右。高負荷系統(tǒng)曝氣時間為2-3h，微生物停留時間約為1d。這些是經(jīng)驗的數(shù)值。

計算活性污泥法系統(tǒng)的MCRT是否應(yīng)包括二沉池中的活性污泥量呢?無疑在二沉池中有著可觀的活性污泥量，但由于氧的濃度很低，微生物代謝可以忽略。因而在評價時，不能只看到活性污泥總量，而要看條件。正由于此，大多數(shù)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計時，只根據(jù)曝氣池的污泥來計算MCRT。但在接觸穩(wěn)定系統(tǒng)中，因為混合池和再曝氣池的水力停留時間不同，MLSS濃度也不同，且二次沉淀池經(jīng)常用作污泥調(diào)蓄池，在這種情況下，根據(jù)混合池和再曝氣池的運行數(shù)據(jù)計算MCRT發(fā)現(xiàn)變化很大，而考慮沉淀池污泥量后，則MCRT比較穩(wěn)定，這個問題還值得研究。其它大部分活性污泥法系統(tǒng)以天計的總有機負荷和剩余污泥量變化不大，每天計算的MCRT值比較穩(wěn)定。

微生物的平均停留時間還有助于進一步理解活性污泥法的某些機理。前面曾指出，活性污泥分兩個階段去除污水中有機物，先是吸附，后是穩(wěn)定，而且吸附的時間比較短，穩(wěn)定的時間比較長。但對穩(wěn)定時間的長短沒有具體概念。實際上，微生物平均停留時間反映了穩(wěn)定時間的長短。因而根據(jù)微生物停留時間來考察活性污泥，是認識活性污泥的一個有效途徑。

有時，微生物平均停留時間還有助于說明活性污泥中微生物的組成。世代時間長于微生物平均停留時間的那些微生物幾乎不可能在這個活性污泥中繁殖。例如，有人曾研究了亞硝化單胞菌屬的生長率，并推算了它們的世代時間，如表14-7所示。

從上表可知，當混合液溫度為20℃，活性污泥停留時間為2d時，亞硝化單胞菌屬就不可能在這個活性污泥中繁殖。因為在這種情況下，這屬細菌每日只能增加33%，但每日卻要排出50%。排出的多，增加的少，它們只會減少，不會增多。這時，混合液中氮氨就不會得到硝化，出水中即使有硝酸鹽，濃度必然很低。若希望出水中的氨氮含量低，就得降低污泥負荷率，提高微生物平均停留時間。

6.氧傳遞速率

氧傳遞速率將最終確定任一活性污泥法系統(tǒng)的能力。氧傳遞速率要考慮二個過程，即氧傳遞到水中以及真正傳遞到微生物的膜表面。通常的試驗數(shù)據(jù)只表明氧傳遞到水相，但這并不意味著同樣量的氧已達到了微生物表面，而后者則控制著微生物能力的發(fā)揮。從這個觀點來看，曝氣設(shè)備不僅要提供充分的氧，而且要創(chuàng)造足夠的紊動條件，以剪切活性污泥絮體，這樣可使被圍在污泥絮體中的細菌得到氧。因此要提高氧的傳遞速率，必須有充足的氧量，并使混合液中的懸浮固體保持懸浮狀態(tài)和紊動條件。無疑，曝氣設(shè)備的選擇，布置，以及如何同池型配合，是提高曝氣池性能的重要條件。

機械表面曝氣機，是把水粉碎成小的液滴，散布于連續(xù)的大氣相中，而擴散曝氣器則是把空氣粉碎成微小氣泡，散布于連續(xù)的液相。目的都是希望從空氣中獲得氧，提高液相中的氧濃度。有人認為，從實際的觀點來看，以液滴的方式來獲得同量的氧量比氣泡的方式容易。但這個比較是不涉及曝氣設(shè)備的性能和能耗，布置的簡易性、以及池型配套的易行性等因素，目前二種曝氣方法幾乎同樣流行。事實上曝氣設(shè)備的發(fā)展還和水力流態(tài)，即反應(yīng)器的型式有關(guān)。

在氣泡曝氣中，氣泡在上升的過程，向鄰近液體傳遞氧，因而氣泡中的氧濃度降低，相鄰液體的氧濃度提高，這二個因素都使氧的傳遞速率減慢。而細的氣泡不能促使鄰近液體產(chǎn)生紊動，泡和水幾乎是同速上升。因而最大的氧傳遞速率是發(fā)生在氣泡剛形成時?；谶@種認識，要提高氧傳遞速率，就要盡可能使單位氣量分布在最寬的斷面上。但是當把擴散板布滿大部分池底時，在同樣的氣量下，曝氣強度（單位面積上的氣體流量）不夠，MLSS要沉下來。因而把擴散板移向池的一邊，這樣能使MLSS保持懸浮狀態(tài)。

機械曝氣中使用的齒輪箱和軸承的耐久性相對于氣泡曝氣來說是一個很大的問題。慢速曝氣機的混和深度為2.5～3m，高速曝氣機的混和深度更低。設(shè)置導(dǎo)流筒可以改善混和深度，但要增加動力消耗。慢速機械表面曝氣機的氧傳遞速率為40～50mg/L·h，高速機械表面曝氣機的氧傳遞速率為20-30mg/ L·h。

近年來，對曝氣葉輪的減速傳動裝置不斷加以改進，目前在一些污水處理廠中已采用直流電動機代替變速電動機。直流電動機的優(yōu)點是效率高，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，通過調(diào)整電壓的方法來改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速，以滿足需氧率的變化。從運行實踐來看，反應(yīng)普遍良好。缺點是調(diào)壓設(shè)備龐大，占地較多。有些廠已用可控調(diào)壓設(shè)備來改進。

7．回流污泥濃度

在1 L的量筒中測定SVI，筒壁對活性污泥的沉降特性有影響。某些廠的 SVI大于100，但也能產(chǎn)生10000mg/L的回流污泥，說明沉淀池的污泥沉降特性比量筒還要好。

沉降濃縮性能略差的回流污泥，其濃度范圍在5000～8000mg/L，則回流量等于原污水的25%。若回流濃度為5000mg/L，則回流量為原污水的67%。

8.回流污泥率

正如上面指出的，回流污泥量與回流污泥濃度和所期望的MLSS濃度有關(guān)。要求的MLSS濃度高，回流量就要增大。

高的污泥回流量增大了進入沉淀池的流量，增加了二沉池的負荷，縮短了沉淀池的沉淀時間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走?；钚晕勰嗷亓髀实脑O(shè)計應(yīng)有彈性，并應(yīng)操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。

目前有些廠使用螺旋泵，該泵提升水頭小，工作彈性大，適合于回流活性污泥。

小廠運行時，回流污泥量可變性大，為了力爭有機負荷率保持穩(wěn)定，近年來已使用變速泵，以便有規(guī)律地來調(diào)節(jié)回流量。但是經(jīng)驗表明，控制有機負荷率不變，引起的問題還是不小。因隨著污水流量的增加而增加污泥回流量，這樣對二次沉淀池產(chǎn)生了很大的水力沖擊，惡化出流。增加MLSS等于增加需氧量，否則不能維持有機負荷的穩(wěn)定，但卻引起了曝氣系統(tǒng)的過負荷，再次促使出流惡化。  

研究表明，一般情況下，常量的污泥回流比變量回流好。常量的污泥回流是最簡便的運行方式。在常量回流而當人流量較低時，沉淀池中有較多的回流污泥流人曝氣池，比從曝氣池中流人沉淀池的污泥多，這樣，在曝氣池中的MI..KG增加了，這等于為流量和有機負荷的增加作了準備，而沉淀池中貯存的污泥體積變得最小。當流量增加和有機負荷增加時，曝氣池中較高的MLSS已具備了適應(yīng)條件，這時有更多的MISS從曝氣池中流向沉淀池時，而二次沉淀池早已留出了空間。MLSS能自動地響應(yīng)流量和有機負荷的變化，以產(chǎn)生最好的出流質(zhì)量。因而，保持常量回流，并使回流量控制在相對較低的流量上，能自動調(diào)節(jié)人流量和有機負荷的變化。季節(jié)性的流量變化較大，只要幾個星期改變一次回流量即可。

9.曝氣池的構(gòu)造

近幾年來，很少注意曝氣池的構(gòu)造。似乎什么構(gòu)造的曝氣池都能使用。實際上，曝氣池的構(gòu)造對活性污泥法起著一個十分重要的作用。

英國開發(fā)的狹長形曝氣池是考慮以連續(xù)流池來代替間歇池。當旋流曝氣池引入美國時，開始注意曝氣池的縱向短流問題。于是在池的橫方向設(shè)置了障板，以防短流，但效果不佳，以后又拆除了。將曝氣池橫斷面的四角做成內(nèi)圓，有利于旋轉(zhuǎn)并防止死角，減少水頭損失。池深取決于曝氣器所使用的鼓風(fēng)機壓力，池寬通常為池深的一倍。

用示蹤劑研究表明：示蹤劑的峰值約在停留時間的35%的長度位置上，流態(tài)傾向于完全混和。說明縱向混和很嚴重。氧消耗率的數(shù)據(jù)表明：開始時的速率遠遠超過氧的實際傳遞能力，迫使未被處理的有機物移向曝氣池的下方，氧消耗率在35%的縱向距離之前跌得很快，然后慢慢往下跌，曝氣池底部的DO仍然為零，明顯地說明氧傳遞受到限制的情況。推流曝氣池實質(zhì)上類似串聯(lián)的幾個完全混和池。

處理量小的完全混和曝氣池是一個小的圓形和矩形池，只配有一個機械曝氣機，很容易圍繞曝氣機形成混和區(qū)。但當處理量變大后，曝氣池也相應(yīng)增大。三或四只曝氣機放在同一只大的曝氣池中，這樣，圍繞每一個曝氣機形成了一個混和區(qū)。若在曝氣池的一端進水，另一端出水，則進水端的混合液的氧吸收率比較高，而出水口附近的混合液氧吸收率低。這種情況說明曝氣池不是充分完全混和的。當曝氣池很大時，設(shè)置了很多等距離的曝氣機，一端進水，一端出水。這樣的曝氣池類似于傳統(tǒng)的曝氣池。

隨著池型的發(fā)展，穿孔管曝氣已使用于20m深的曝氣池中去，在這種深度下，可以產(chǎn)生細氣泡，增加了氧的傳遞能力。機械曝氣機配合導(dǎo)流簡可用于 10m深的池中。設(shè)計工程師應(yīng)將曝氣設(shè)備的特性和池型構(gòu)造有機地結(jié)合起來適應(yīng)各種有局限的空間，進行創(chuàng)造性的工作。

10.pH和堿度

活性污泥通常運行在pH：6.5-8.5pH所以能保持在這個范圍，是由于污水中的蛋白質(zhì)代謝后產(chǎn)生的碳酸銨堿度和從天然水中帶來的堿度所致。生活污水中有足夠的堿度使pH保持在較好的水平。軟水地區(qū)的天然水中缺少天然堿度。由于有機酸的形成。pH可跌到5.5，甚至低于5.0。在這種系統(tǒng)中可用pH來度量進行中的硝化作用。

工業(yè)污水中經(jīng)常缺少蛋白質(zhì)，因而產(chǎn)生pH過低問題。在糖廠、淀粉廠和某些合成化學(xué)廠，這個問題尤為嚴重。糖、醛、丙酮和乙醇被細菌代謝為有機酸，它能降低pH和減慢代謝速度。堿或石灰能直接添加到曝氣池中，以維持所希望的pH。堿或石灰同代謝產(chǎn)生的Cq作用產(chǎn)生碳酸鈉或碳酸鈣可作為緩沖劑。工業(yè)污水中的有機酸通常在進入曝氣池前進行中和。當有機物被代謝時，形成了相應(yīng)的碳酸鹽。氨基化合物和蛋白質(zhì)由于代謝釋放了銨離子，從而形成了碳酸銨。

當pH低于6時，刺激了霉菌和其它真菌的生長，抑制了通常細菌的繁殖。絲狀真菌的沉淀性能差，使過量的微生物流失于出流中。

11.溶解氧濃度

通常溶解氧濃度不是一個關(guān)鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細菌能獲得所需要的溶解氧來進行代謝，其代謝速率不受溶解氧濃度的影響。當耗氧速率超過實際的氧傳遞速率時，代謝速率受氧傳遞速率控制。

好氧代謝，包括硝化，僅發(fā)生在曝氣池中有剩余氧的地方。從理論上講，剩余的氧約1mg/L是足夠了。有很多人做了研究認為，對于單個懸浮著的好氧細菌代謝，溶解氧濃度只要高于0.1-0.3 mg/L，代謝速率就不受溶解氧濃度影響。但是，活性污泥絮體是許許多多個體集結(jié)在一起的絮狀物質(zhì)，要使內(nèi)部的溶解氧濃度達到0.1-0.3mg/L，絮體周圍的溶解氧濃度一定要高得多，具體數(shù)值同絮狀體的大小、結(jié)構(gòu)及影響氧擴散性能的混和情況有關(guān)。最主要的還是混和情況。從某種意義上講，混和情況決定了絮狀體的大小和結(jié)構(gòu)。因而這個數(shù)值是和混和情況有關(guān)·的一個變數(shù)。而混和、充氧都是通過曝氣設(shè)備來完成的，經(jīng)過長期的探索之后，一般認為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.5～2mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)正常的運行。

過分的曝氣，雖溶解氧濃度很高，但由于紊動過分劇烈，導(dǎo)致絮狀態(tài)體破裂，使出水濁度升高。特別是對于耗氧速度不高，而泥齡偏長的系統(tǒng)，強烈混合使破碎的絮體不能很好的再凝聚。保證絮體很好凝聚的條件是活性物質(zhì)占整個 MLSS的1/3，當活性物質(zhì)低于10%時，絮體很易破碎而不能很好地再凝聚。這些離散的污泥沉淀性能差，往往流失于出流中。原生動物也不能去除這些顆粒，因為它缺少原生動物所需的營養(yǎng)。過分的曝氣使這些顆粒有可能積聚在沉淀池的表面，形成深褐色的浮渣。

12.污泥膨脹及其控制

正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數(shù)SVI在50～150之間；當活性污泥不正常時，污泥就不易沉淀，反映在SVI值升高?；旌弦涸? 000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層澄清液減少，這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹?；钚晕勰嗯蛎浭腔钚晕勰喾ǖ睦洗箅y問題。因膨脹污泥不易沉淀，容易流失，既降低處理后的出水水質(zhì)，又造成回流污泥量的不足，如不及時加以控制，就會使系統(tǒng)中的污泥愈來愈少，從根本上破壞曝氣池的運行。據(jù)上海市的調(diào)查，幾乎所有采用活性污泥法的城市污水廠都曾發(fā)生過污泥膨脹問題。據(jù)前聯(lián)邦德國斯圖加特大學(xué)給水排水研究所對數(shù)百個活性污泥法城市污水廠調(diào)查的結(jié)果表明，有70%以上的污水廠都存在不同程度的污泥膨脹問題。

但是，沉降性能惡化并不都是污泥膨脹現(xiàn)象，不應(yīng)混淆。例如，在二沉池中，由于反硝化生成氮氣使污泥上浮，或是部分地區(qū)積泥造成厭氧發(fā)酵而上浮等都不屬于我們所討論的污泥膨脹問題。膨脹的活性污泥，主要表現(xiàn)在壓縮性能差，沉淀性能不良，這主要表現(xiàn)在SVI值高。而它的處理功能和凈化效果并不差。作為膨脹污泥的SVI限值，目前并不統(tǒng)一。一般認為，SVI超過200，就算污泥膨脹?；钚晕勰嗯蛎浛煞譃椋何勰嘀薪z狀菌大量繁殖導(dǎo)致的絲狀菌性膨脹以及并無大量絲狀菌存在的非絲狀菌性膨脹。絲狀菌性膨脹是最經(jīng)常發(fā)生和最主要的一類膨脹。

（1）絲狀菌性膨脹  這類膨脹是污泥中的絲狀菌過度增長繁殖的結(jié)果。活性污泥中的微生物是一個以細菌為主的群體。正常的活性污泥是絮花狀物質(zhì)，其骨干是千百個細菌結(jié)成的團粒，叫菌膠團；細菌的絮凝可能是Zooglc~ ramigera分泌的外酶造成的。在不正常的情況下，活性污泥中菌膠團受破壞，而絲狀菌大量出現(xiàn)。膨脹污泥中的絲狀菌，據(jù)荷蘭和前聯(lián)邦德國學(xué)者的調(diào)查研究，已分離出一百多種，其中常見的有數(shù)十種。根據(jù)上海市污水廠的調(diào)查，主要是以浮游球衣細菌Sphaerotilusnatans為代表的有鞘細菌和以絲硫細菌為代表的硫細菌。

當污泥中有大量絲狀菌時，大量具有一定強度的絲狀體相互支撐、交錯，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成污泥膨脹。

造成污泥絲狀膨脹的主要因素大致為：①污水水質(zhì)。研究結(jié)果表明，污水水質(zhì)是造成污泥膨脹的最主要因素。含溶解性碳水化合物高的污水往往發(fā)生由浮游球衣細菌引起的絲狀膨脹，含硫化物高的污水往往發(fā)生由硫細菌引起的絲狀膨脹。污水的水溫和pH值也對污泥膨脹有明顯的影響。水溫低于1512時，一般不會膨脹。pH低時，容易產(chǎn)生膨脹。

有的研究認為，污水中碳、氮、磷的比例對發(fā)生絲狀膨脹影響很大，氮和磷不足都易發(fā)生絲狀膨脹。但有的研究結(jié)果表明，恰恰是含氮太高促使了污泥膨脹，在試驗室的研究也表明，如以葡萄糖和牛肉膏為主配制人工污水進行試驗，則不論碳、氮、磷的比例是高或低，都會產(chǎn)生極其嚴重的污泥膨脹。②運行條件。曝氣池的負荷和溶解氧濃度都會影響污泥膨脹。曝氣池中的污泥負荷（以kg （BOD5）/kg（MLSS）.d計）較高時，容易發(fā)生污泥膨脹。曾有人根據(jù)部分城市污水廠的運行資料統(tǒng)計后得出結(jié)論：活性污泥的SVI值與污泥負荷值密切相關(guān)。負荷低或高都不易發(fā)生污泥膨脹，而在0.5～1.5kg（BOD5）/kg（MLSS）·d范圍內(nèi)SVI較高（負荷為1.0時最嚴重），甚至導(dǎo)出了SVI與污泥負荷的關(guān)系公式。但實踐表明，這樣的結(jié)論是不恰當?shù)?。影響污泥絲狀膨脹的最主要因素是水質(zhì)而不是污泥負荷。對某些污水，不論污泥負荷較高或較低都會發(fā)生污泥絲狀膨脹；對某些污水則相反，都不會發(fā)生污泥絲狀膨脹。污泥負荷對污泥膨脹在一定條件下有一定的影響而無必然的聯(lián)系。關(guān)于溶解氧濃度的影響，結(jié)論也往往有矛盾。多數(shù)資料表明，溶解氧濃度低時，容易發(fā)生由浮游球衣細菌和絲硫細菌引起的污泥膨脹。但也有資料表明，正是溶解氧濃度高，促進了污泥膨脹。我們的試驗證實，對于含硫化物高的污水（例如已經(jīng)陳腐的污水），不論曝氣池中的溶解氧濃度低或高都會產(chǎn)生由硫細菌過度繁殖引起的污泥膨脹。不過，在溶解氧低時，污泥中占優(yōu)勢的是絲硫菌；在溶解氧高時，占優(yōu)勢的是亮發(fā)菌。③工藝方法。研究和調(diào)查表明，完全混合的工藝方法比傳統(tǒng)的推流方式較易發(fā)生污泥膨脹，而間歇運行的曝氣池最不容易發(fā)生污泥膨脹；不設(shè)初次沉淀池（設(shè)有沉砂池）的活性污泥法，SVI值較低，不容易發(fā)生污泥膨脹；葉輪式機械曝氣與鼓風(fēng)曝氣相比，易于發(fā)生絲狀菌性膨脹。射流曝氣的供氧方式可以有效地克服浮游球衣細菌引起的污泥膨脹。

（2）非絲狀菌性膨脹  發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時，與絲狀菌性膨脹相類似，SVI值很高，污泥在沉淀池內(nèi)很難沉淀、壓縮。此時的處理效率仍很高，上清液也清澈。如將污泥用顯微鏡檢查，則情況就完全不同。在顯微鏡下，看不到絲狀細菌，即使看到也是數(shù)量極少的短絲狀菌。

經(jīng)研究，非絲狀菌性膨脹污泥含有大量的表面附著水，細菌外面包有粘度極高的粘性物質(zhì)，這種粘性物質(zhì)是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脫氧核糖等形成的多糖類。

非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負荷太高時。微生物的負荷高，細菌吸取了大量營養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)。這些多糖類物質(zhì)的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥的SVI值很高，形成膨脹污泥。在運行中，如發(fā)生污泥膨脹，可針對膨脹的類型和絲狀菌的特性，采取以下一些抑制的措施，如：①控制曝氣量，使曝氣池中保持適量的溶解氧（不低于1～2mg/L，不超過4mg/L）；②調(diào)整pH值；③如氮、磷的比例失調(diào)，可適量投加氮化合物和磷化合物；④投加一些化學(xué)藥劑（如鐵鹽凝聚劑、有機陽離子凝聚劑，某些黃泥等惰性物質(zhì)以及漂白粉、液氯等）。但投加藥劑費用較貴，停止加藥后又會恢復(fù)膨脹，而且并不是對各類膨脹都是有效的；⑤城市污水廠的污水在經(jīng)過沉砂池后，跳越初沉池，直接進入曝氣池。

在設(shè)計時，對于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采取以下一些方法：①減小城市污水廠的初沉池或取消初沉池，增加進入曝氣池的污水中懸浮物，可使曝氣池中的污泥濃度明顯增加，污泥沉降性能改善；②兩級生物處理法，即采用沉砂池--一級曝氣池--中間沉淀池--二級曝氣池--二次沉淀池的工藝，或是初次沉淀池--生物膜法處理--曝氣池--二次沉淀池等工藝。這種方法，實際改變了進入后面的曝氣池時的水質(zhì)，可以有效地防止活性污泥的膨脹；③對于現(xiàn)有的容易發(fā)生污泥嚴重膨脹的污水廠，可以在曝氣池的前面部分補充設(shè)置足夠的填料。這樣，既降低了曝氣池的污泥負荷，又改變了進入后面部分曝氣池的水質(zhì)，可以有效地克服活性污泥膨脹；④用氣浮法代替二次沉淀池，可以有效地使整個處理系統(tǒng)維持正常運行。但氣浮法的運行費用比二次沉淀池高。

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