丝状菌污泥膨胀理论分析

2001VoIl7中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERNo3劫皤％喃综合文札诌嘿％《《《0．《—丝状菌污泥膨胀理论分析王凯军，许晓鸣(北京市环境保护科学研究院，北京100037)摘要：对丝状茵污泥膨胀现象进行了综合分析，并在广义Monod方程的基础上基本统一了污泥膨胀理论和建立了相关的数学模型。该模型可以很好地解释由基质限制、DO限制、营养物缺乏、pH和H、s等因素引起的丝状茵污泥膨胀。利用广义Monod方程采用双基质限制(碳源和溶解氧)模型和系统动力学方程进行了计算机模拟研究，对有机负荷、D0、水质和水量变化等因素对茵胶团细菌和丝状茵的竞争影响进行了深入的探讨，并在此基础上针对不同的污泥膨胀类型提出了相应的控制策略。关键词：丝状茵污泥膨胀；广义Monod方程；丝状茵；环境调控中图分类号：X703文献标识码：c文章编号：1000—4602(2001)03—0066—134早期控制丝状菌污泥膨胀(简称污泥膨胀)的主要手段是投加药剂杀死丝状菌，或投加混凝剂和助凝剂以增加污泥絮体的比重，但这些方法往往无法彻底解决污泥膨胀问题，相反地可能会带来出水水质恶化的不良后果。其后人们逐渐认识到，活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌构成一个共生的微生物生态体系，在这种共生关系中，丝状菌是不可缺少的重要微生物，对于高教、稳定地净化蒋水起着重要作用，并逐渐地从简单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，从而达到控制污泥膨胀的发生即进人环境调控阶段。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，利用生物竞争机制抑制丝状菌的过度生长和繁殖，将丝状菌数量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，同时利用丝状菌的特性净化污水，稳定处理工艺。近年来选择器理论得到充分的发展和应用就是这一概念的具体体现。1污泥膨胀理论的统一活性污泥是一混合培养系统，其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。在丝状苗与苗·66胶团细菌平衡生长时不会产生污泥膨胀问题，只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时，才会出现污泥膨胀丝状菌和菌胶团细菌的生理和生化性质差异见表1。袅1丝状菌与菌胶团细菌的差异菌股性质参考值丝状菌参考值团菌最大生长速率(一)高44d一低30d基质亲舍力(K)低64mg]L高40mg／LDO亲舍力(K)低01rng／L高D027mg／L内源代谢率(K)高0012d’低0．010d产率系数(y)高0．153g『g低0139g『g积累能力(A)高低耐饥饿能力及贮存能力高非常低通过近年来国内外对活性污泥膨胀问题研究进展的分析和综合，可以将引起丝状菌污泥膨胀的原因分为5种类型，即a基质限制；b．DO限制营养物缺乏；d．pH影响；eHS影响。1．1广义Monod方程丝状菌与菌胶团细菌竞争的数学模型遵循多种基质限制的广义Monod方程，即Monod．McGee方程⋯：一()(熹)．_()(1)维普资讯http://www.cqvip.com2001Vo117中国给水排水No．3式中——最大生长速率，dK．——第i种基质亲和力，mg／Ls．——第i种基质浓度根据式(1)可知，基质限制、DO限制和营养物缺乏型的污泥膨胀问题都可用广义Monod方程来加以解释(当氮严重缺乏时的污泥膨胀不能归人这一理论，原因在于若缺乏氮，微生物便不能充分利用碳源合成细胞物质，过量的碳源将被转变为多糖娄胞外贮存物，这种贮存物是高度亲水型化合物，易形成结合水，影响污泥的沉降性能，从而产生高牯性膨胀，其不属于丝状菌污泥膨胀范畴)。关于pH的影响，可在动力学方程参数的基础上，以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H，S的影响，文献报道引起污泥膨胀的Hs浓度很低，一般是在1～2．0rag／L。但通过向污水中添加Hs的试验发现，即使H：s浓度达到50mg／L也不会发生污泥膨胀。事实上，一些厌氧装置虽然出水含有大量H：s，但是挥发性有机酸浓度很低时，好氧后处理也不发生污泥膨胀；当挥发性有机酸达到一定浓度时需引起注意，其中主要的低分子有机酸(乙酸、丙酸)易于降解，因此造成耗氧速率的增加，引起氧的限制型膨胀，这是造成污泥膨胀的根本原因。而s的出现是污水厌氧发酵的一个伴随现象，也可归为DO限制型的膨胀，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。1．2双基质Monod方程由于城市污水中N、P和其他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DD限制两种情况。这样，城市污水的丝状菌污泥膨胀问题就简化为两种主要类型，即基质限制和DO限制型。SDO⋯——：’K—m+—DO式中——最大生长速率，dK——基质亲和