艾勝書，王子恒，杜林竹，康 華，曲 紅，王 帆，邊德軍,2

（1. 長春工程學(xué)院 吉林省城市污水處理重點實驗室，吉林 長春 130012；2. 東北師范大學(xué) 吉林省城市污水處理與水質(zhì)保障科技創(chuàng)新中心，吉林 長春 130117）

活性污泥法于20 世紀(jì)初在英國發(fā)展起來，因其經(jīng)濟(jì)以及高效的處理效果，迅速在全球的污水廠得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。在正確的運(yùn)行工藝及運(yùn)行條件下保證微生物在曝氣過程中有效除去水中有機(jī)物、以及二沉池中良好的泥水分離是活性污泥法出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵[1]。污泥的沉降性能決定了泥水分離的效果，表征污泥沉降性能的主要指標(biāo)為沉降比（Settled Volume，SV30）和污泥體積指數(shù)（Sludge Volume Index，SVI，mL/g），一般SVI＜70 mL/g，則認(rèn)為污泥缺乏活性；SVI＞200 mL/g 認(rèn)為發(fā)生污泥膨脹，污泥膨脹一旦發(fā)生將導(dǎo)致二沉池泥水分離受阻，污泥處理系統(tǒng)的污泥流失，出水水質(zhì)惡化、處理能力下降等，影響市政工程的正常運(yùn)行。盡管經(jīng)過無數(shù)的小試、中試甚至污水廠的實驗研究，污泥膨脹的處理仍然是一大難題，堪稱污水處理界的“癌癥”。本文綜述了污泥膨脹的研究現(xiàn)狀，對大多數(shù)污泥膨脹的解決方案做了總結(jié)及歸納，并對未來研究方向及重點難點進(jìn)行展望。

1 污泥膨脹的特性分析

污泥膨脹可分為絲狀菌膨脹及非絲狀菌膨脹，絲狀菌膨脹指絲狀菌的過度繁殖生長，導(dǎo)致泥水分離時沉降速率下降而引起泥水分離受阻；非絲狀菌膨脹又叫粘性膨脹，主要為微生物吸附大量有機(jī)物無法代謝，大量高粘性多糖積聚在細(xì)胞外導(dǎo)致細(xì)胞表面附著物大量增加，難以壓縮，從而發(fā)生污泥膨脹。非絲狀菌膨脹的發(fā)生概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及絲狀菌膨脹，一般僅占污泥膨脹總數(shù)的10%以下[2]。

1.1 絲狀菌形態(tài)結(jié)構(gòu)特性

活性污泥絮體是菌膠團(tuán)細(xì)菌通過分泌胞外聚合物（EPS）粘附在以絲狀菌作為骨架的結(jié)構(gòu)上形成的，絲狀菌胞外多糖(Extracellular polysaccharides，PS)和胞外蛋白(Extracellular polysaccharides，PN)是EPS 的主要成分[3]，兩者約占70%～80%，多糖是污泥絮凝體的支柱[4]在污泥絮凝體的形成中起著重要作用[5]，蛋白促進(jìn)絮凝體聚集和顆粒污泥形成[6]，維持絮凝體的穩(wěn)定性，EPS 源于微生物自身產(chǎn)生的有機(jī)物，CHRYSI et al[7]發(fā)現(xiàn)EPS 中非活性有機(jī)物的合成需要消耗基質(zhì)，而微生物的生長也需要消耗基質(zhì)，因此EPS 含量過高會對微生物生長產(chǎn)生抑制作用，SEZGIN et al[8]通過研究對比將污泥絮體根據(jù)絲狀菌和菌膠團(tuán)的比例分為3 類：1）針狀絮凝體污泥：絮凝體內(nèi)部無絲狀菌，結(jié)構(gòu)較為松散，熒光顯微鏡下為散落顆粒狀，沉降性能好，但出水較為渾濁，懸浮物過多；2）理想型絮凝體污泥：絮凝體內(nèi)部含有少量絲狀菌，污泥絮體大塊且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沉降性能好，反應(yīng)器出水較為清澈；3）絲狀菌膨脹污泥：絮體外被絲狀菌包裹，絲狀菌互相聯(lián)接，絮體體積大，結(jié)構(gòu)松散，沉降性能差，泥水難分離，經(jīng)常發(fā)生泡泥現(xiàn)象。EPS 促進(jìn)細(xì)胞聚合作用，見圖1[9]。

圖1 EPS 促進(jìn)細(xì)胞聚合作用示意圖

JIN et al[10]發(fā)現(xiàn)含有絲狀菌的絮凝體沉降性能遠(yuǎn)高于不含絲狀菌的絮凝體，控制絲狀菌與菌膠團(tuán)細(xì)菌之間的比例是維持絮體結(jié)構(gòu)緊密性、保持污泥沉降性良好的重要因素，改變外界環(huán)境進(jìn)而刺激絮體間微生物，破壞絲狀菌與菌膠團(tuán)比例的平衡，引起絲狀菌大量繁殖或微生物分泌的EPS 增多，將導(dǎo)致活性污泥絮體解體，相對質(zhì)量的變輕及體積的膨脹，致使污泥的沉降性能惡化，不能進(jìn)行正常的泥水分離，發(fā)生污泥膨脹。

LI et al[11]推測絲狀菌的不斷生長可能是由絮凝體表面的性質(zhì)變化造成的，使得微生物難以附著在絲狀菌上，最后無法形成結(jié)合緊密的絮體結(jié)構(gòu)。

IC et al[12]從形態(tài)或絲狀菌和絮狀微生物之間的競爭角度來解釋絲狀菌污泥膨脹這一現(xiàn)象。絲狀菌相比非絲狀菌的競爭優(yōu)勢在于絲狀菌的表面體積比(A/V)更大，絲狀菌優(yōu)先向1 個或2 個方向生長，這種形態(tài)特征在底物濃度限制下給予絲狀菌競爭優(yōu)勢[13]；在低底物濃度時，營養(yǎng)物質(zhì)更容易轉(zhuǎn)移到高A/V比的細(xì)胞。絲狀菌將比其他微生物更易吸收有機(jī)物，這將導(dǎo)致相對較高的生長速率。

高春娣等[14]在研究低溫對污泥膨脹的影響時發(fā)現(xiàn)，盡管膨脹后SVI 惡化到663.99 mL/g，但COD、TN 去除率仍可維持90%左右，說明絲狀菌相比功能菌同樣具有較好的污水處理能力，且絲狀菌較大的比表面積使其相互聯(lián)接形成網(wǎng)狀絮凝體，網(wǎng)狀的絮凝體更易捕捉懸浮物，出水水質(zhì)將更加清澈。近年來有不少研究[15-17]，試圖通過控制絲狀菌的量提高出水水質(zhì)，通過在不同條件下培養(yǎng)絲狀菌，利用其良好的捕捉能力和水處理能力來處理污水，將污泥SVI 控制在200 mL/g 左右，形成污泥微膨脹狀態(tài)，研究結(jié)果顯示污泥微膨脹狀態(tài)將更有利于水處理，但實際運(yùn)行中長期保持微膨脹狀態(tài)較為困難，還需要繼續(xù)進(jìn)行大量研究。

1.2 污泥膨脹細(xì)菌多樣性分析

能引起污泥膨脹的核心菌群主要有腐敗螺旋菌科、黃桿菌屬、絲硫細(xì)屬、微絲菌屬和束縛桿菌屬等，核心膨脹菌群主要為變形菌門和擬桿菌門，電子顯微鏡觀察下絲狀菌形態(tài)上主要呈現(xiàn)直形、彎曲、鏈狀、盤旋或發(fā)射狀[18]，STROM et al[19]根據(jù)環(huán)境條件和基質(zhì)的不同，將引起膨脹的絲狀菌分為5 類：低DO 型、低底物濃度型、高硫化物型、營養(yǎng)缺失型和低pH 型，見表1。

表1 不同環(huán)境條件下引起膨脹的絲狀菌

這些絲狀菌在絲狀菌膨脹污泥中出現(xiàn)的概率高達(dá)70%，其中Type0041 型、Type0092 型、Type1851型和Microthrix parvicella等類型絲狀菌能在好氧厭氧交替環(huán)境中生存，是水廠處理系統(tǒng)發(fā)生污泥膨脹的主要原因。

1.3 污泥膨脹的機(jī)理分析

通過分析和研究污泥膨脹的機(jī)理，可更好的從根源上可持續(xù)性地控制污泥膨脹發(fā)生的頻率，并及時采取應(yīng)對不同類型污泥膨脹的措施。

1.3.1 擴(kuò)散選擇假說 上節(jié)絲狀菌形態(tài)結(jié)構(gòu)特性中提到，有研究表明絲狀細(xì)菌較大的比表面積有助于在低營養(yǎng)物質(zhì)或低氧濃度環(huán)境條件下底物的吸收，在較低的底物濃度下，由于擴(kuò)散阻力，污泥絮體內(nèi)底物會形成一定的濃度梯度，絲狀菌可輕易生長穿透到相對更高濃度的絮體外部。CHUDOBA et al[20]在1973 年根據(jù)Monod 方程及不同類型微生物具有的不同最大生長速率μmax值及飽和常數(shù)Ks，將具有低Ks和μmax的絲狀菌分為A 類，菌膠團(tuán)具有高Ks及μmax為B 類，絲狀菌在低底物濃度下具有生長優(yōu)勢，而菌膠團(tuán)在高底物濃度下則為優(yōu)勢菌種，該理論解釋了低DO、低底物濃度情況下絲狀菌污泥膨脹的現(xiàn)象，并成為污泥膨脹研究領(lǐng)域的主要理論，見圖2[21]。

圖2 不同底物濃度下的2 種微生物的選擇性競爭

1.3.2 饑餓假說 STEVEN et al[22]根據(jù)不同底物濃度下微生物的耐饑餓程度將其分為菌膠團(tuán)中細(xì)菌、對饑餓敏感的快速生長絲狀菌以及生長緩慢耐饑餓的絲狀菌。低底物濃度下，耐饑餓的絲狀菌占據(jù)生長優(yōu)勢；營養(yǎng)物質(zhì)均衡DO 充足情況下，菌膠團(tuán)生長成為優(yōu)勢；高底物濃度下，快速生長的絲狀菌成為優(yōu)勢菌種，這種假說不僅解釋了低DO、低底物濃度情況下絲狀菌污泥膨脹的現(xiàn)象，還適用于高底物濃度下的絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象[23]。

1.3.3 貯存選擇假說[24]傳統(tǒng)觀念認(rèn)為非絲狀菌在底物豐富的狀態(tài)下能將多余的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成內(nèi)聚物貯存起來，底物缺乏時可將其利用合成蛋白質(zhì)提供能量，在底物濃度高濃度梯度的環(huán)境中，如SBR 系統(tǒng)、選擇器等，非絲狀菌的生長將占據(jù)額外的優(yōu)勢，但目前已研究發(fā)現(xiàn)，部分絲狀菌在任何環(huán)境下都具有較強(qiáng)的貯存能力，如絲狀菌Microthrix parvicella，因此絲狀菌較低的貯存能力不能作為非絲狀菌選擇機(jī)制中的絕對規(guī)律，但這種假說在選擇器方面可發(fā)揮重要作用。

1.3.4 一氧化氮假說 假說認(rèn)為絲狀菌在反硝化過程中只能將NO3-反硝化至NO2-，而反硝化細(xì)菌可將NO3-反硝化成N2。KAPPELER et al[25]通過實驗比較絲狀菌和反硝化細(xì)菌在不同反硝化機(jī)制下對底物營養(yǎng)物質(zhì)的競爭時發(fā)現(xiàn)，底物濃度不足時，反硝化細(xì)菌反硝化不充分，會產(chǎn)生中間產(chǎn)物、亞硝酸鹽等，而絲狀菌不會產(chǎn)生，好氧條件下，亞硝酸鹽、NO 會與細(xì)胞色素氧化酶作用對反硝化細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用，長期運(yùn)行，則會引起絲狀菌膨脹。

2 造成污泥膨脹的因素

通過改變外界環(huán)境刺激絮體間微生物，破壞絲狀菌與菌膠團(tuán)比例的平衡則會引發(fā)污泥膨脹，經(jīng)過總結(jié)發(fā)現(xiàn)污泥膨脹的外部成因可主要分為3 個方面：進(jìn)水水質(zhì)[26]、處理環(huán)境和運(yùn)行條件。

2.1 進(jìn)水水質(zhì)

進(jìn)水有機(jī)物量過高過低、pH 過低、C/N/P 的比例過大過小及重金屬、有毒物質(zhì)硫化物等均會導(dǎo)致污泥發(fā)生膨脹，可類比于新陳代謝，過量或低量的食入或營養(yǎng)的缺失、食物有毒均會導(dǎo)致身體的不健康。

實驗表明，進(jìn)水小分子有機(jī)物如葡萄糖、乳糖及乙酸等較易被絲狀菌直接利用而引起污泥膨脹，大分子淀粉則需分解后才可利用，不易發(fā)生污泥膨脹[27]，所以當(dāng)進(jìn)水中溶解性小分子有機(jī)物過多時，容易引發(fā)污泥膨脹。進(jìn)水負(fù)荷過高時，微生物利用有機(jī)物產(chǎn)生大量高粘性物質(zhì)附著在菌膠團(tuán)表面，易引發(fā)非絲狀菌膨脹。C/N/P 的大小影響著微生物的吸收，研究表明當(dāng)進(jìn)水中缺乏氮和磷中的一種元素時，會引發(fā)非絲狀菌膨脹[28-30]，較低的碳氮比情況下，絲狀菌依靠比表面積大的優(yōu)勢比一般微生物更易吸收。陳瀅等[31]通過在幾個相同運(yùn)行條件的SBR 反應(yīng)器內(nèi)投加11 組不同的C/N/P 的進(jìn)水形成對照實驗，通過檢測污泥的SVI、MLSS、出水COD、TN、TP 和DO 等，得出調(diào)整C/N/P 的大小為100/5/1 時較適宜反應(yīng)器的運(yùn)行，SVI 穩(wěn)定在100 mL/g以內(nèi)，且出水指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。另外，停留時間過久的污泥會水解酸化形成大量小分子有機(jī)酸、硫化氫等物質(zhì)，引起絲狀菌膨脹。工業(yè)廢水中通常含有有毒物質(zhì)，對功能菌有毒性作用，而對絲狀菌的影響較小，同樣會引起絲狀菌膨脹。

進(jìn)水pH 的改變極大程度的影響著反應(yīng)器運(yùn)行，pH 超過11 時，微生物絕大多數(shù)將失去活性，污泥菌膠團(tuán)絮體將受到破壞，當(dāng)pH 低于4.5，真菌完全占據(jù)生長優(yōu)勢，菌膠團(tuán)微生物生長受到限制，出水水質(zhì)嚴(yán)重下降，pH 在6.7～8.0 左右有利于微生物的生長，在活性污泥法處理過程中氨化硝化過程均會導(dǎo)致水體pH 的下降，一般進(jìn)水pH 可控制調(diào)控至7.4～8.3[32]。張安龍等[33]通過小試對反應(yīng)器調(diào)控不同pH，得出進(jìn)水pH＜4.5 時開始出現(xiàn)膨脹；pH 調(diào)節(jié)控制在6.5～8.5 時，SVI 從375 mL/g 降至128 mL/g，COD 去除率也從32.88%提升至88.89%，絲狀菌膨脹基本得以控制。

2.2 環(huán)境因素

環(huán)境溫度影響著反應(yīng)器的運(yùn)行，每種微生物都有適合自己生長的溫度范圍，當(dāng)環(huán)境溫度適宜某類絲狀菌大量生長時，則會產(chǎn)生污泥膨脹，污水生物處理過程中的大多數(shù)微生物都適宜在20～32 ℃進(jìn)行培養(yǎng)，＜15 ℃時Microthrix parvicella絲狀菌開始大量繁殖[34]，調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國北方污水廠相比南方更易發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，高溫也易引發(fā)絲狀菌膨脹，貝氏硫菌、絲硫菌的適宜生長溫度為30～36 ℃。高春娣等通過低溫下實驗研究得出，系統(tǒng)溫度在（14±1）℃時可成功誘發(fā)絲狀菌污泥膨脹，SVI 惡化至663.99 mL/g，通過分析高通量觀察到低溫下功能菌群的豐度極度下降，脫氮菌群由21%降至14%，除磷菌群由4%降至1%，而絲狀菌群豐度大幅度上升，由0.49%上升至26%。

低溫環(huán)境還易引發(fā)非絲狀菌膨脹，水溫過低而污泥負(fù)荷過高時，微生物吸附了大量的有機(jī)物而來不及代謝，在細(xì)胞外壁聚集了大量的高粘性多糖。MOURA et al[35]研究發(fā)現(xiàn)溫度降低，活性污泥EPS含量降低，而EPS 中多糖含量上升，多糖較為粘稠吸附大量結(jié)合水，改變污泥活性，使污泥沉降性能變差，從而引起污泥膨脹；同時EPS 可以降低細(xì)胞表面的負(fù)電荷，使相鄰的2 個細(xì)胞相互連接，電斥力是影響污泥膨脹過程中細(xì)菌聚集和絮凝能力的關(guān)鍵因素，因此EPS 的降低會導(dǎo)致絮體之間電斥力的增加，導(dǎo)致絮團(tuán)結(jié)構(gòu)疏松，沉降性能差。

2.3 運(yùn)行條件

反應(yīng)器運(yùn)行過程中，通過改變實驗參數(shù)經(jīng)常會影響污泥的生長，如：曝氣量、污泥負(fù)荷、水力停留時間和運(yùn)行流態(tài)等。曝氣量不變的情況下，較高的負(fù)荷會形成低DO 環(huán)境，不利于菌膠團(tuán)繁殖，有利于部分適合在低DO 狀態(tài)下的絲狀菌的繁殖，而較低負(fù)荷情況下，絲狀菌的特殊形態(tài)相比菌膠團(tuán)微生物更有利于吸收營養(yǎng)物質(zhì)，同樣會引起絲狀菌的大量繁殖[36]。曝氣量的大小影響了DO 的高低，過低的DO 會抑制微生物的生長，絲狀菌則可借助其表面積較大的優(yōu)勢吸收DO，占據(jù)生長優(yōu)勢。污泥齡是控制活性污泥絮體穩(wěn)定性的一個重要因素，停滯過久的污泥會變成惰性污泥，失去活性并消耗反應(yīng)器內(nèi)的DO[37]，促進(jìn)絲狀菌的生長，引起污泥膨脹。反應(yīng)器的類型直接決定了泥水混合物的流態(tài)，完全混合式因底物濃度和底物濃度梯度都較低，因此最易發(fā)生污泥膨脹，而間歇式反應(yīng)器具有高底物濃度和梯度的優(yōu)勢，不易發(fā)生膨脹。

3 污泥膨脹的調(diào)控及解決措施

目前控制活性污泥膨脹一般分為藥劑投加法和條件控制法，條件控制法主要通過改變或增加反應(yīng)器運(yùn)行外在條件、控制反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)等物理方式來控制污泥膨脹；藥劑投加法通過投加藥劑的化學(xué)方式殺死絲狀菌或加強(qiáng)污泥的絮凝能力來提高污泥的沉降性能。

3.1 常規(guī)投加藥劑改善污泥膨脹

相比條件控制法，投加藥物通常是污水廠面對污泥膨脹及時修復(fù)補(bǔ)救的常規(guī)措施，也是應(yīng)對污泥膨脹最為急速控制的方式，主要投加藥物能改善污泥的沉降性能、絮凝能力、殺死絲狀菌，藥劑可分為物理藥劑及化學(xué)氧化劑。

3.1.1 物理藥劑 （1）增重劑。增重劑會與活性污泥絮體相結(jié)合，增加絮體比重，從而改善污泥的沉降性，一般增重劑有：高嶺土、碳酸鈣、氫氧化鈣和硅藻土等。SEKA et al[38]研究發(fā)現(xiàn)投加滑石粉對重度絲狀菌膨脹的處理效果極佳，并對硝化菌和聚磷菌活性不會造成影響;缺點是改善效果不會太持久，2 d 后會慢慢消失。如Bodegraven 污水處理廠發(fā)生嚴(yán)重膨脹時，通過投加PE8414 粉末（滑石粉和亞氯酸鹽按比例混合）至已膨脹的污泥中，SVI 由850 mL/g 快速降至250 mL/g，之后2 d 又進(jìn)一步降低至100～125 mL/g，期間通過測試觀察，菌種數(shù)量基本沒有大的變化，且COD 等去除率也無影響，實驗證明PE8414 粉末可有效控制污泥膨脹，但其會增加污泥產(chǎn)量，進(jìn)而增加后續(xù)處理費(fèi)用[39]。

（2）絮凝劑。絮凝劑加強(qiáng)污泥絮凝能力，提高密度，改善污泥的沉降性能，常用絮凝劑有石灰、鐵鹽和鋁鹽。鋁鹽不僅可增加絮體的絮凝性，而且對絲狀菌Microthrix parvicella的生長有抑制作用[40]。鐵鹽可除去部分絲狀菌且促進(jìn)菌膠團(tuán)的生長，但會對出水的色度有所影響，MATSCHET et al[41]在進(jìn)水過程中投加10～14 mg/L 硫酸亞鐵，發(fā)現(xiàn)SVI從455 mL/g 降至60 mL/g，且使引起膨脹的021N型絲狀菌消失。

混凝絮凝劑等作用原理是促進(jìn)形成體積大且結(jié)構(gòu)緊密的污泥絮體，從而改善污泥的沉降性，但藥劑持續(xù)時間過短，想要長期保持沉降性能，必須持續(xù)投加藥劑，重復(fù)投加藥劑會增加污泥量。投加絮凝劑等會對活性污泥的功能菌有影響，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.2 化學(xué)氧化劑 （1）氯。氯是最早用來控制污泥膨脹的氧化劑，由于絕大多數(shù)污水處理廠出水前都需經(jīng)過加氯消毒才可排入自然水體，因此可利用現(xiàn)有設(shè)備通過投加氯控制污泥膨脹。JENKINS et al[42]發(fā)現(xiàn)，加氯對絕大多數(shù)絲狀菌都有很好的控制作用，其對污泥中的功能菌也有一定的損害作用，投加量越高，對聚磷菌硝化菌傷害越大。

（2）過氧化氫。投加H2O2不會像加氯那樣帶來負(fù)面影響，并且投加H2O2可提升反應(yīng)器內(nèi)DO濃度，提高脫氮除磷效率，但因為其價格昂貴，實際工程應(yīng)用并不廣泛。

（3）臭氧。O3對污泥膨脹有明顯的控制效果，且可分解大分子難降解有機(jī)物為小分子為微生物所利用，如淀粉等。 NILSSON et al[43]通過實驗發(fā)現(xiàn)投加臭氧不僅能改善反應(yīng)器污泥膨脹的現(xiàn)象，而且能去除難降解有機(jī)物并提高硝化效率。呂永濤等[44]通過研究得出低濃度投加臭氧（0.085 g/g，以O(shè)3/MLSS 計）有利于打斷絲狀菌，且SVI 由300 mL/g降至80～90 mL/g 恢復(fù)了活性污泥的沉降性，但高濃度投加臭氧，污泥沉降性能反而開始惡化，脫氮除磷效率降至60%。

投加氧化劑對污泥膨脹有較好的控制作用，其作用原理是殺死阻礙沉淀的絲狀菌，絲狀菌膨脹的污泥中絲狀菌大多都在菌膠團(tuán)外部，相比其他細(xì)菌更易受到氧化劑影響，但還需控制投加的量，大多數(shù)氧化劑是沒有選擇性的，過量投加會對功能菌造成損害，甚至造成污泥絮體的解體，處理能力下降，出水惡化?；瘜W(xué)氧化劑普遍存在的問題為成本昂貴，并且難以精準(zhǔn)的控制投加的量，實際工程應(yīng)用較廣的為投加氯。

3.2 條件控制法

3.2.1 改設(shè)SBR 工藝[45]SBR 工藝為最不易發(fā)生污泥膨脹的運(yùn)行工藝，主要原因可分為：1）好氧環(huán)境與缺氧環(huán)境的交替有效抑制絲狀菌；2）較高的底物濃度以及較大的底物濃度梯度有利于菌膠團(tuán)的生長；3）污泥齡短，一般絲狀菌的比增長速率比其他微生物小，污泥齡的倒數(shù)數(shù)值等于污泥比增長速率，較長污泥齡的完全混合式易于繁殖絲狀菌，SBR 較短的泥齡使得剩余污泥的排放速度大于絲狀菌增長速率，絲狀菌無法大量繁殖。

3.2.2 增設(shè)生物選擇器[46]根據(jù)選擇性理論，通過設(shè)置生物選擇器在污水進(jìn)入反應(yīng)器之前提前篩去部分絲狀菌，促進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)菌膠團(tuán)微生物的生長，歷史上對選擇器的應(yīng)用可推演至20 世紀(jì)70 年代，LINNE et al[47]成功開發(fā)了選擇反應(yīng)器，并成為控制污泥膨脹的最廣泛的工程工具，減少了很多活性污泥系統(tǒng)中的膨脹問題，但并未根本性解決膨脹問題，實際運(yùn)行中經(jīng)常有失敗的報告[47-48]。美國的Hamilton 完全混合式污水處理廠在發(fā)生絲狀菌污泥膨脹后，SVI 升至300～500 mL/g，僅僅通過在處理系統(tǒng)前增設(shè)了一個停留時間為4 min 的生物選擇器，SVI 就降到50～100 mL/g[46]；無獨(dú)有偶，美國的VOSO 污水處理廠冬季經(jīng)常發(fā)生污泥膨脹，SVI 常?？蛇_(dá)到400 mL/g 以上，在增設(shè)一個反應(yīng)時間為15 min 的生物選擇器后，就可控制10 ℃時產(chǎn)生的污泥膨脹，SVI 降至100 mL/g 以下[46]。常用的生物選擇器可按運(yùn)行條件分為3 類：好氧、厭氧和缺氧。

（1）好氧選擇器。好氧選擇器主要利用擴(kuò)散選擇理論，根據(jù)絲狀菌和其他細(xì)菌的不同動力學(xué)競爭速率來進(jìn)行篩選菌種，即底物濃度較大時，菌膠團(tuán)中其他細(xì)菌比生長速率大于絲狀菌，菌膠團(tuán)中細(xì)菌占據(jù)生長優(yōu)勢；相對的，底物基質(zhì)濃度較小時，絲狀菌占據(jù)生長優(yōu)勢。好氧選擇器的水力停留時間（反應(yīng)器容積）對污泥的沉降性有很大的影響，停留時間不足會導(dǎo)致可溶性基質(zhì)在接觸區(qū)未被消耗完全，隨進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器，引起絲狀菌的生長；而停留時間過長導(dǎo)致底物濃度過低，變相成為完全混合模式，有利于絲狀菌的生長。

（2）缺氧選擇器。缺氧選擇器利用了一氧化氮假說。缺氧條件下，反硝化菌降解有機(jī)物作為電子供體，利用硝酸鹽（NO3-）作為電子受體，快速增殖；而絲狀菌無法利用硝酸鹽（NO3-）作為電子受體生長受到抑制，從而控制污泥膨脹。缺氧選擇器的選擇效果與進(jìn)入選擇器的硝酸鹽濃度有關(guān)，外界條件一定情況下，硝酸鹽濃度越高，反硝化作用越強(qiáng)烈，進(jìn)入反應(yīng)器易降解有機(jī)物含量越少（絲狀菌難以利用大分子難降解有機(jī)物），從而改善污泥沉降性。

（3）厭氧選擇器。吳凡松等[49]發(fā)現(xiàn)厭氧處理后，聚磷菌釋磷，后續(xù)好氧段吸磷，污泥含磷量增加，P/C 比值上升，SVI 降低，聚磷菌在厭氧過程中迅速吸收COD，轉(zhuǎn)化成PHAs，好氧時PHAs 分解獲取能量，厭氧下絲狀菌生長緩慢，具有較低的多聚磷酸鹽釋放速率，從而控制膨脹。厭氧區(qū)重在釋磷階段，需要通過大量吸收COD 的聚磷菌快速占據(jù)生長優(yōu)勢，成為優(yōu)勢菌群。

3.2.3 調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù) 污泥齡（SRT）是控制活性污泥絮體穩(wěn)定性的一個重要因素，停滯過久的污泥會變成惰性污泥，失去活性并消耗反應(yīng)器內(nèi)DO，促進(jìn)絲狀菌的生長，導(dǎo)致污泥膨脹[50]。因此一般采取縮短SRT 的方式來防止絲狀菌膨脹，但這種方法同時抑制了硝化細(xì)菌的培養(yǎng)[50]，硝化菌生長速度較慢，需較長時間培養(yǎng)。彭趙旭等[51]通過改變SRT 來研究對絲狀菌微膨脹系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)厭氧/好氧運(yùn)行時，適當(dāng)減小SRT 可提高污泥的比硝化速率，同步硝化反硝化率和剩余污泥的含磷量與SRT 成正比，SRT 由小變大時，污泥絮體的結(jié)構(gòu)由緊密向疏松轉(zhuǎn)化。

對于負(fù)荷較低的反應(yīng)器，可提高負(fù)荷滿足菌膠團(tuán)微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求，使其成為優(yōu)勢菌種，從而控制污泥膨脹，但提高負(fù)荷會使污染物處理效率會受到影響，且增加了實際運(yùn)行費(fèi)用，簡耀先[52]在研究SBR 處理工業(yè)水的過程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的污泥膨脹，SV30升至100%，經(jīng)分析研究為進(jìn)水水質(zhì)C/N比失衡，且反應(yīng)運(yùn)行周期不穩(wěn)定，后期經(jīng)過調(diào)控，將C/N 比穩(wěn)定在4.5 左右，活性污泥沉降性逐漸恢復(fù)正常值為30%～40%。

曝氣量是控制反應(yīng)器良好運(yùn)行的重要因素，應(yīng)著重考慮，反應(yīng)器DO＞1 mg/L 時，好氧菌占據(jù)優(yōu)勢進(jìn)行硝化作用；DO＜0.5 mg/L，厭氧菌占據(jù)優(yōu)勢進(jìn)行反硝化作用。不少研究通過長期調(diào)低DO，形成短程硝化及同步硝化反硝化來節(jié)約水處理能耗，提高處理效率，但低DO 同時也是絲狀菌大量增長的主要原因。絲狀菌的比表面積較大，在低DO 環(huán)境中更容易獲取氧氣，成為優(yōu)勢菌種，一般可通過加大曝氣量[53]，以避免因供養(yǎng)不足而導(dǎo)致的絲狀菌污泥膨脹。陸秋萍等[54]通過調(diào)控DO，控制硝化菌、反硝化菌的生長，將SVI 由220 mL/g 降至110 mL/g；過大的曝氣量同樣會導(dǎo)致污泥絮體結(jié)構(gòu)的松散，曝氣產(chǎn)生的剪切力會破壞菌膠之間的粘結(jié)力，李軍等[55]發(fā)現(xiàn)過大的曝氣量會使胞外聚合物中多糖的含量上升，吸附大量結(jié)合水，使細(xì)胞間結(jié)合性變差，絮體結(jié)構(gòu)松散，沉降性大幅下降。

一些硫代謝絲狀菌在較高硫化物存在的條件下更易生長，硫化物質(zhì)量濃度＞1 mg/L，有機(jī)酸質(zhì)量濃度＞100 mg/L 時，更容易發(fā)生污泥膨脹[56]，對于高硫化物引起的污泥膨脹，一般采取預(yù)曝氣、化學(xué)氧化和化學(xué)沉淀等方法控制。

3.2.4 施加外在弱磁場 ZAIDI et al[57]通過對比施加88 mT 的磁場強(qiáng)度，研究得出在較長污泥齡的不利影響下，磁場能夠增強(qiáng)污泥的聚集能力和相對疏水性，并保持顯著的表面負(fù)電荷，從而使絮凝體更加穩(wěn)定，極大的減小了污泥膨脹的發(fā)生率，且磁場對生物量的增長有促進(jìn)作用，在較長的污泥齡條件下，磁場仍能增強(qiáng)好氧菌的生物降解能力[58]。

3.2.5 施加超聲 劉波等[59]通過利用超聲波（0.035 W/cm2，15 min）穿透性和均勻的特點作用于膨脹的污泥將SVI 由475 mL/g 降至183 mL/g，將超聲過的凍干污泥進(jìn)行掃描電鏡顯示，絲狀菌有明顯的斷裂萎縮現(xiàn)象，可見超聲對絲狀菌具有機(jī)械折斷作用和顯著的抑制作用。

條件控制法是基于對污泥膨脹機(jī)理的深入研究得出的方法，主要通過調(diào)節(jié)工藝運(yùn)行條件創(chuàng)造出有利于功能菌生長不利于絲狀菌生長的環(huán)境，從根本上抑制了絲狀菌的生長，達(dá)到良好的沉降性，因此是一種可持續(xù)的方法。

此外，還可通過利用生物法治療污泥膨脹，AGNIESZKA et al[60]研究發(fā)現(xiàn)輪蟲可對絲狀菌進(jìn)行捕食，F(xiàn)ILKOWSKA et al[61]將絲狀菌膨脹的污泥放入2 個實驗反應(yīng)器內(nèi)，并在其中一個反應(yīng)器內(nèi)加入輪蟲進(jìn)行對比實驗，結(jié)果表明，相同時間內(nèi)裝有輪蟲的反應(yīng)器內(nèi)污泥體積為14 mL，而沒有輪蟲的反應(yīng)器中污泥體積為44 mL，可見輪蟲對絲狀菌有較好的去除作用。

4 結(jié)果與展望

絲狀菌、菌膠團(tuán)本為一體，活性污泥中定量的絲狀菌有利于出水水質(zhì)的提升，防止絲狀菌污泥膨脹在于控制兩者良好比例。目前，通過控制絲狀菌的量，達(dá)到微膨脹狀態(tài)的研究已廣泛開展，改善出水水質(zhì)，提高處理效率。非特異性方法例如投加絮凝劑、氧化劑等可短時間內(nèi)改善污泥的沉降性，但這類方法無法根除絲狀菌過度的生長，通過分析污泥膨脹產(chǎn)生的機(jī)理并加以運(yùn)用，通過調(diào)控運(yùn)行條件參數(shù)、添加選擇器，可持續(xù)性的改善污泥膨脹現(xiàn)象是長久之計。近年來，對于控制污泥膨脹有不少新穎的研究發(fā)現(xiàn)，類似于通過超聲、磁場等。目前對絲狀菌及其他微生物互相影響的研究并未深入，未來可從此角度分析膨脹的機(jī)理，尋找更多微生物之間的聯(lián)系；此外對污泥膨脹的防治研究主要基于改變外加條件及運(yùn)行參數(shù)，對于未知微生物的研究較少，可能仍有引起膨脹的微生物未被發(fā)現(xiàn)，對于未知微生物的鑒別和研究有待發(fā)展。