２００４年水协净水专业委员会年会论文集
给水处理中产生的污泥膨胀原因及解决办法
张建弟陈艳萍李彦伟
石家庄市供水总公司
摘要：给水处理过程中有时也会出现“污泥膨胀”，影响水处理工艺的正常运行，
严重时甚至会造成系统停产。本文就其产生的原因进行探讨，并提出了增大
排泥量，及时排泥，避免循环泥水重复加药，改善絮凝沉淀条件等解决办法
和预防措施。
关键词：给水处理污泥膨胀原因解决办法预防措施
“污泥膨胀”是污水处理系统运行中的一种异常现象，它的发生会影响系统的正常运行，严重时造成系统停运。在给水处理理论中，少有这方面的报道及相关论述，然而我水厂在最近的运行过程中，却出现了类似该理论所描述的现象。我们对其所产生的原因进行探讨，并提出了解决的办法和预防的措施，供国内同行参考。ｌ污水处理中“污泥膨胀＂的现象及产生原因
污水处理系统中，正常的活性污泥沉降性能良好，含水率在９９％左右。当各种原因造成污泥变质时，会导致污泥不易沉淀，ＳＶＩ值（反映污泥沉降性能的参数，值高时沉降性差）增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但较清澈），颜色也有变异，这就是“污泥膨胀’’现象。
造成“污泥膨胀＂的主要原因是丝状菌大量繁殖所引起，也有由于污泥中结合水异常增多导致的污泥膨胀。一般污水中碳水化合物较多，缺乏氮、磷、铁等养料，溶解氧不足，水温高或ＰＨ值较低等都容易引起丝状菌大量繁殖，导致污泥膨胀。此外，超负荷、污泥龄过长或有机物浓度梯度小等，也会引起膨胀。排泥不通畅则易引起结合水性污泥膨胀。
２水厂工艺情况简介与运行中出现的“污泥膨胀＂现象
石家庄市地表水厂于１９９６年８月投产运行，设计能力３０万ｍ３／ｄ，在国内率先设计并使用了一套完整的生产废水处理系统。
水厂工艺流程如下图所示。３００
２００４年水协净水专业委员会年会论文集
冬季超越加氯
原水
投药（ＰＡＭ）
原水进入水厂后，通过管道混合器，加入混凝剂ＰＡＣ即聚合氯化铝，然后经过配水井，进入折板反应池，使原水和混凝药剂进行１１分钟的充分混凝，之后进入１００米长的平流沉淀池（沉淀池上有行走式刮泥桥，每３小时往复运行一次），经过２小时静沉后，进入Ｖ型滤池，经石英砂过滤后，再通过滤后水管道上的水射器加氯气消毒，最后进入清水池。
在生产废水处理单元中，进入调节池的废水来自反应池和沉淀池的排泥水及Ｖ型滤池的反冲洗水，经由泵的提升，生产废水被输送到浓缩池进行浓缩，上清液回流到配水井，浓缩后的泥浆经带式压滤机压榨成泥饼外运。该系统的运行既节约了水资源，又减少了环境污染。生产废水处理中加入的阴离子絮凝剂ＰＡＭ即聚丙烯酰胺，单耗为０．６…１‰（相对于干污泥量计）。
由于原设计欠成熟，浓缩池容积小（直径１８ｍ，总高度６ｍ，容积２６４ｍ３），浓缩时间过短，只有３．７小时，远低于一般要求的江１２小时，泥水没有充分的浓缩沉淀时间，上清液时常出现浑浊现象，回流时增大进水浊度。此时，为保持混凝沉淀的效果，就需增加ＰＡＣ的投加量。在处理冬季低温低浊水时，这种回流水对正常处理的冲击，常常使处理效果不理想，沉后水浊度增高。
进入２００１年冬季以后，源水浊度为３—５ＮＴＵ，加药单耗为１２—１５毫克／升，水温最低时１．５℃，未使用冬季超越渠。虽然低温低浊的源水在沉淀池的混凝沉淀效果不理想，沉后水水质时好时坏，但未发现异常现象。２００２年３月ｌ目，我们突然发现沉淀池泥位高达１．５米，池中后部泥水分界面清晰，矾花结构松散，微透明。正常时沉淀池上自动运行的刮泥桥能将沉淀于底部的泥刮走，沉淀池不存泥。这次突然３０ｌ
出现大量存泥，经观察和分析认为是由于泥质不好，沉降性差，不能发生拥挤沉淀，形成的泥层不密实，流动性太强，刮泥桥难以发挥作用造成的。取泥样观察，发现其中有类似琼脂状物。随后几天观察泥位越来越高，３月７日，泥位便达２米，刮泥桥刮走的泥已微乎其微。且从这一天开始，浓缩池中的浓缩泥由于含水率较高，已经轧不出泥饼，上清液也更加浑浊。３月８日，我们测得源水水温为４．３℃，沉淀池排泥水的含固率为０．４４％，与去年同期０．７６％相比有明显下降。沉淀池出水日见恶化，浊度增加。照此下去滤池的负荷将大大增加，影响滤后水质。
３原因分析
往年由于冬季沉淀池水面结冰，使刮泥桥无法运行，所以每年冬季１１月至来年３月刮泥桥不运行，沉淀池不排泥水，天气转暖后，才对沉淀池进行人工清泥，此期间将有较大部分的污泥沉积于沉淀池底部，不参加污泥处理单元的泥水循环。调节池进水为滤池反冲洗废水，浓缩池泥量少。
今年，刮泥桥安装了一套除冰装置，整个冬天刮泥桥一直工作，进到浓缩池的泥水量明显增多。随原水进入水厂的所有杂质，除每天从压泥机排出外运的一部分外，将在水处理系统和污泥处理单元中反复循环。通常冬季源水浊度为３－５ＮＴＵ，ＰＡＣ投加量为１２—１５ｍｇ／Ｌ，按每日产水１５万米３／日计，则每日产生的干泥量为：
（３＋１２）×１５×１００００＝２．２５吨
（５＋１５）×１５Ｘ１００００＝３吨
而每天脱一卡车泥５立方米，泥饼含固率通常２７％，则干泥量为：
５×２７％＝１．３５吨
每天回流的干泥量为：Ｏ．９－１．６５吨
由此可见每天有Ｏ．旺１．６５吨干泥又回流到配水井，再次参与水处理过程。而且，这部分泥中本身已经含有ＰＡＣ和ＰＡＭ药剂，当它们每次进入处理循环时，就会使混凝剂以３２％的速度递增，从而导致ＰＡＣ和ＰＡＭ在泥水中不断富集。由于这两种药剂在水中高度水解，它们的富集，势必导致泥中含水率的不断增加。
回流泥水与源水中的胶体杂质性质不同。源水中的胶体杂质一般都带有负电，易与混凝剂ＰＡＣ的水解产物反应形成大而密实矾花，回流泥水的絮凝体经回流泵的高速搅动和水力冲击，絮凝体己被打碎，于是回流水中的胶体微粒重新稳定，它们随沉淀池排泥水再次进入调节池，投加ＰＡＭ后，再次反应生成含水率较高的絮凝体，经泵又打回到配水井，这部分回流的泥水在混凝剂ＰＡＣ的作用下，生成的矾花小而轻，含水率大大增加，沉降性能明显降低。
这个循环过程可用四个阶段描述：第一阶段：原水中胶体杂质的混凝、沉淀过程。带负电荷的胶体杂质与ＰＡＣ的
水解产物充分反应，最终形成密实、沉降性能良好的矾花，大部分矾花在沉淀池中沉降，一部分在反应池沉淀，还有一部分细小颗粒在滤池中被截留。
第二阶段：大的絮凝体破裂阶段。从反应池、沉淀池排放的颗粒较大的矾花，经强大的水力冲击和水泵叶轮的搅动，絮凝体被打碎，使胶体再次稳定，稳定后的胶体整体呈电中性。又因为ＰＡＣ形成的一系列水解产物均含有一定数目的结合水，所以此时的胶体与源水中的胶体比较，结合水的数目较大。
第三阶段：再稳定的胶体与阴性的ＰＡＭ反应过程。虽然再稳定后的胶体不带电，但有机高分子絮凝剂的优异性能在于其分子链节对水中胶粒强烈的吸附作用，即使是负离子型的高聚物，对负电胶体也具有吸附作用。所以该中性胶体与阴性ＰＡＭ的水解产物再次反应生成絮凝体，我们称之为第二次絮凝体。
第四阶段：二次絮凝体的破碎过程。未经充分浓缩的上清液经回流泵的搅动等水力冲击，已形成的絮凝体将再次被打碎，发生类似第二阶段的情况，结果使胶体的含水率提高。此时胶体整体上带负电荷，再次絮凝时，易与ＰＡＣ的水解产物（带正电），反应生成絮凝体，使该絮凝体的结合水再次增加。
以上四个阶段循环进行，每次循环总有部分泥水回流，从而使污泥中ＰＡＣ和ＰＡＭ的投加量不断增加，胶体的结合水数目也相应增加，“污泥龄＂也不断延长。如此反复进行，沉淀池中形成的混凝体密度越来越小，当趋近于一定值后，絮体难于发生沉淀理论中所描述的拥挤沉淀，沉淀池中不能形成密实的压缩泥层时，就会出现前文所述的“污泥膨胀＂现象。
我们还通过实验进一步证明了该结论：取沉淀池泥样，分别置于两烧杯中，一个加入少量的粘土增加比重，搅拌后静沉，另一个直接静沉。结果加粘土的烧杯中，泥面下降速度远远大于另一个。
４解决方法及预防措施
１．发生时的解决方法：“污泥膨胀’’迅速，泥位上涨很快，所以要增大排泥量，特别是在水、泥处理系统中已经长时间多次循环的污泥，应尽快使其从循环系统中脱离，避免影响沉后水质，增加滤池负担。
２．预防措施：第一，运行中为避免循环泥水重复加药问题，要尽力改进废水处理效果，降低上清夜浊度。第二，脱泥机脱泥外运的泥量应与进厂泥量相等，避免泥在处理系统中长期循环。脱泥能力不够时，可考虑定期外排部分泥水，使污泥不致于在系统中循环时间过长。此点类似于污水处理中的“避免污泥龄过长＂的要求。第三，在水质允许的条件下，可考虑采用冬季超越渠，或减少ＰＡＣ的投加量。第四，在脱泥能力允许的情况下，还可以考虑投加粘土的方法，以增加絮体比重，增强沉淀效果。３０３
２００４年水协净水专业委员会年会论文集
“污泥膨胀＂现象在给水处理中极其少见，在此提供我们所观察到的实际情况和处理方法，一方面为水处理界的同行提供借鉴，一方面供理论界探讨和研究。参考文献：
【ｌ】张自杰．排水工程．北京：中国建筑工业出版社，１９９６
【２】杨钦，严煦世．给水工程．北京：中国建筑工业出版社，１９８７
联系人：张建弟
职务，职称：副厂长／高工
联系电话：０３１１．７７９２４８４，０３１１．７７７３５４７
通讯地址：石家庄市西三庄街地表水厂
邮政编码：０５００７１
Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｙｐｚｊｆ＠１６３．ｔｏｍ
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给水处理中产生的污泥膨胀原因及解决办法
张建弟陈艳萍李彦伟
石家庄市供水总公司
摘要：给水处理过程中有时也会出现“污泥膨胀”，影响水处理工艺的正常运行，
严重时甚至会造成系统停产。本文就其产生的原因进行探讨，并提出了增大
排泥量，及时排泥，避免循环泥水重复加药，改善絮凝沉淀条件等解决办法
和预防措施。
关键词：给水处理污泥膨胀原因解决办法预防措施
“污泥膨胀”是污水处理系统运行中的一种异常现象，它的发生会影响系统的正常运行，严重时造成系统停运。在给水处理理论中，少有这方面的报道及相关论述，然而我水厂在最近的运行过程中，却出现了类似该理论所描述的现象。我们对其所产生的原因进行探讨，并提出了解决的办法和预防的措施，供国内同行参考。ｌ污水处理中“污泥膨胀＂的现象及产生原因
污水处理系统中，正常的活性污泥沉降性能良好，含水率在９９％左右。当各种原因造成污泥变质时，会导致污泥不易沉淀，ＳＶＩ值（反映污泥沉降性能的参数，值高时沉降性差）增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含水率上升，澄清液稀少（但较清澈），颜色也有变异，这就是“污泥膨胀’’现象。
造成“污泥膨胀＂的主要原因是丝状菌大量繁殖所引起，也有由于污泥中结合水异常增多导致的污泥膨胀。一般污水中碳水化合物较多，缺乏氮、磷、铁等养料，溶解氧不足，水温高或ＰＨ值较低等都容易引起丝状菌大量繁殖，导致污泥膨胀。此外，超负荷、污泥龄过长或有机物浓度梯度小等，也会引起膨胀。排泥不通畅则易引起结合水性污泥膨胀。
２水厂工艺情况简介与运行中出现的“污泥膨胀＂现象
石家庄市地表水厂于１９９６年８月投产运行，设计能力３０万ｍ３／ｄ，在国内率先设计并使用了一套完整的生产废水处理系统。
水厂工艺流程如下图所示。３００
２００４年水协净水专业委员会年会论文集
冬季超越加氯
原水
投药（ＰＡＭ）
原水进入水厂后，通过管道混合器，加入混凝剂ＰＡＣ即聚合氯化铝，然后经过配水井，进入折板反应池，使原水和混凝药剂进行１１分钟的充分混凝，之后进入１００米长的平流沉淀池（沉淀池上有行走式刮泥桥，每３小时往复运行一次），经过２小时静沉后，进入Ｖ型滤池，经石英砂过滤后，再通过滤后水管道上的水射器加氯气消毒，最后进入清水池。
在生产废水处理单元中，进入调节池的废水来自反应池和沉淀池的排泥水及Ｖ型滤池的反冲洗水，经由泵的提升，生产废水被输送到浓缩池进行浓缩，上清液回流到配水井，浓缩后的泥浆经带式压滤机压榨成泥饼外运。该系统的运行既节约了水资源，又减少了环境污染。生产废水处理中加入的阴离子絮凝剂ＰＡＭ即聚丙烯酰胺，单耗为０．６…１‰（相对于干污泥量计）。
由于原设计欠成熟，浓缩池容积小（直径１８ｍ，总高度６ｍ，容积２６４ｍ３），浓缩时间过短，只有３．７小时，远低于一般要求的江１２小时，泥水没有充分的浓缩沉淀时间，上清液时常出现浑浊现象，回流时增大进水浊度。此时，为保持混凝沉淀的效果，就需增加ＰＡＣ的投加量。在处理冬季低温低浊水时，这种回流水对正常处理的冲击，常常使处理效果不理想，沉后水浊度增高。
进入２００１年冬季以后，源水浊度为３—５ＮＴＵ，加药单耗为１２—１５毫克／升，水温最低时１．５℃，未使用冬季超越渠。虽然低温低浊的源水在沉淀池的混凝沉淀效果不理想，沉后水水质时好时坏，但未发现异常现象。２００２年３月ｌ目，我们突然发现沉淀池泥位高达１．５米，池中后部泥水分界面清晰，矾花结构松散，微透明。正常时沉淀池上自动运行的刮泥桥能将沉淀于底部的泥刮走，沉淀池不存泥。这次突然３０ｌ
出现大量存泥，经观察和分析认为是由于泥质不好，沉降性差，不能发生拥挤沉淀，形成的泥层不密实，流动性太强，刮泥桥难以发挥作用造成的。取泥样观察，发现其中有类似琼脂状物。随后几天观察泥位越来越高，３月７日，泥位便达２米，刮泥桥刮走的泥已微乎其微。且从这一天开始，浓缩池中的浓缩泥由于含水率较高，已经轧不出泥饼，上清液也更加浑浊。３月８日，我们测得源水水温为４．３℃，沉淀池排泥水的含固率为０．４４％，与去年同期０．７６％相比有明显下降。沉淀池出水日见恶化，浊度增加。照此下去滤池的负荷将大大增加，影响滤后水质。
３原因分析
往年由于冬季沉淀池水面结冰，使刮泥桥无法运行，所以每年冬季１１月至来年３月刮泥桥不运行，沉淀池不排泥水，天气转暖后，才对沉淀池进行人工清泥，此期间将有较大部分的污泥沉积于沉淀池底部，不参加污泥处理单元的泥水循环。调节池进水为滤池反冲洗废水，浓缩池泥量少。
今年，刮泥桥安装了一套除冰装置，整个冬天刮泥桥一直工作，进到浓缩池的泥水量明显增多。随原水进入水厂的所有杂质，除每天从压泥机排出外运的一部分外，将在水处理系统和污泥处理单元中反复循环。通常冬季源水浊度为３－５ＮＴＵ，ＰＡＣ投加量为１２—１５ｍｇ／Ｌ，按每日产水１５万米３／日计，则每日产生的干泥量为：
（３＋１２）×１５×１００００＝２．２５吨
（５＋１５）×１５Ｘ１００００＝３吨
而每天脱一卡车泥５立方米，泥饼含固率通常２７％，则干泥量为：
５×２７％＝１．３５吨
每天回流的干泥量为：Ｏ．９－１．６５吨
由此可见每天有Ｏ．旺１．６５吨干泥又回流到配水井，再次参与水处理过程。而且，这部分泥中本身已经含有ＰＡＣ和ＰＡＭ药剂，当它们每次进入处理循环时，就会使混凝剂以３２％的速度递增，从而导致ＰＡＣ和ＰＡＭ在泥水中不断富集。由于这两种药剂在水中高度水解，它们的富集，势必导致泥中含水率的不断增加。
回流泥水与源水中的胶体杂质性质不同。源水中的胶体杂质一般都带有负电，易与混凝剂ＰＡＣ的水解产物反应形成大而密实矾花，回流泥水的絮凝体经回流泵的高速搅动和水力冲击，絮凝体己被打碎，于是回流水中的胶体微粒重新稳定，它们随沉淀池排泥水再次进入调节池，投加ＰＡＭ后，再次反应生成含水率较高的絮凝体，经泵又打回到配水井，这部分回流的泥水在混凝剂ＰＡＣ的作用下，生成的矾花小而轻，含水率大大增加，沉降性能明显降低。
这个循环过程可用四个阶段描述：第一阶段：原水中胶体杂质的混凝、沉淀过程。带负电荷的胶体杂质与ＰＡＣ的
水解产物充分反应，最终形成密实、沉降性能良好的矾花，大部分矾花在沉淀池中沉降，一部分在反应池沉淀，还有一部分细小颗粒在滤池中被截留。
第二阶段：大的絮凝体破裂阶段。从反应池、沉淀池排放的颗粒较大的矾花，经强大的水力冲击和水泵叶轮的搅动，絮凝体被打碎，使胶体再次稳定，稳定后的胶体整体呈电中性。又因为ＰＡＣ形成的一系列水解产物均含有一定数目的结合水，所以此时的胶体与源水中的胶体比较，结合水的数目较大。
第三阶段：再稳定的胶体与阴性的ＰＡＭ反应过程。虽然再稳定后的胶体不带电，但有机高分子絮凝剂的优异性能在于其分子链节对水中胶粒强烈的吸附作用，即使是负离子型的高聚物，对负电胶体也具有吸附作用。所以该中性胶体与阴性ＰＡＭ的水解产物再次反应生成絮凝体，我们称之为第二次絮凝体。
第四阶段：二次絮凝体的破碎过程。未经充分浓缩的上清液经回流泵的搅动等水力冲击，已形成的絮凝体将再次被打碎，发生类似第二阶段的情况，结果使胶体的含水率提高。此时胶体整体上带负电荷，再次絮凝时，易与ＰＡＣ的水解产物（带正电），反应生成絮凝体，使该絮凝体的结合水再次增加。
以上四个阶段循环进行，每次循环总有部分泥水回流，从而使污泥中ＰＡＣ和ＰＡＭ的投加量不断增加，胶体的结合水数目也相应增加，“污泥龄＂也不断延长。如此反复进行，沉淀池中形成的混凝体密度越来越小，当趋近于一定值后，絮体难于发生沉淀理论中所描述的拥挤沉淀，沉淀池中不能形成密实的压缩泥层时，就会出现前文所述的“污泥膨胀＂现象。
我们还通过实验进一步证明了该结论：取沉淀池泥样，分别置于两烧杯中，一个加入少量的粘土增加比重，搅拌后静沉，另一个直接静沉。结果加粘土的烧杯中，泥面下降速度远远大于另一个。
４解决方法及预防措施
１．发生时的解决方法：“污泥膨胀’’迅速，泥位上涨很快，所以要增大排泥量，特别是在水、泥处理系统中已经长时间多次循环的污泥，应尽快使其从循环系统中脱离，避免影响沉后水质，增加滤池负担。
２．预防措施：第一，运行中为避免循环泥水重复加药问题，要尽力改进废水处理效果，降低上清夜浊度。第二，脱泥机脱泥外运的泥量应与进厂泥量相等，避免泥在处理系统中长期循环。脱泥能力不够时，可考虑定期外排部分泥水，使污泥不致于在系统中循环时间过长。此点类似于污水处理中的“避免污泥龄过长＂的要求。第三，在水质允许的条件下，可考虑采用冬季超越渠，或减少ＰＡＣ的投加量。第四，在脱泥能力允许的情况下，还可以考虑投加粘土的方法，以增加絮体比重，增强沉淀效果。３０３
２００４年水协净水专业委员会年会论文集
“污泥膨胀＂现象在给水处理中极其少见，在此提供我们所观察到的实际情况和处理方法，一方面为水处理界的同行提供借鉴，一方面供理论界探讨和研究。参考文献：
【ｌ】张自杰．排水工程．北京：中国建筑工业出版社，１９９６
【２】杨钦，严煦世．给水工程．北京：中国建筑工业出版社，１９８７
联系人：张建弟
职务，职称：副厂长／高工
联系电话：０３１１．７７９２４８４，０３１１．７７７３５４７
通讯地址：石家庄市西三庄街地表水厂
邮政编码：０５００７１
Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｙｐｚｊｆ＠１６３．ｔｏｍ