解释污水处理中活性污泥膨胀的五大理论

面积与体积 (A/V) 假说表明，当底物浓度受到限制时，具有较大比表面积的微生物具有竞争优势。

与絮凝菌相比，丝状菌的生物量与其表面积之比显著更大。在底物浓度较低的情况下，丝状菌能够更有效地吸收营养物质，而絮凝菌则会受到底物限制。

因此，丝状细菌大量繁殖并主导微生物群落，导致污泥膨胀。

动力学选择理论是基于微生物生长动力学的。

不同的微生物表现出不同的最大比生长速率和底物亲和常数。在不同的操作条件下，丝状细菌和絮状细菌会竞争可用的底物。

该理论认为，低有机负荷、长污泥龄和低底物浓度等操作条件可能有利于具有优异底物亲和力的丝状微生物。

饥饿假说将活性污泥微生物分为三类：

絮凝细菌

这些微生物在底物充足时通常生长迅速，但在长期营养匮乏的情况下竞争力会下降。

生长缓慢、耐饥饿的丝状细菌

这些丝状生物对底物具有很高的亲和力，能够在极低的营养浓度下生存。

快速生长的亲氧丝状细菌

这些细菌对溶解氧有很强的亲和力，但对饥饿条件非常敏感。

这些微生物群之间的平衡决定了污泥能否正常沉降或产生膨胀特性。

储存选择理论关注微生物储存底物的能力。

许多非丝状细菌能够在底物充足时期吸收并储存过量的底物。当外部底物匮乏时，这些储存的物质可以被代谢，用于产生能量或合成细胞成分。

这种储存能力为絮凝细菌提供了竞争优势。

然而，研究人员也发现某些丝状细菌具有底物储存能力。因此，仅靠储存选择并不能完全解释所有污泥膨胀现象。

Casey 提出了氮氧化物假说，用于解释低负荷生物营养物去除系统。

根据这一理论，缺氧区不完全的反硝化作用可能导致亚硝酸盐积累并进入好氧区。反硝化作用的中间产物，例如一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N₂O），可以抑制絮凝细菌中的好氧细胞色素活性。

这种抑制作用会降低絮凝微生物对底物的利用效率。

然而，某些丝状细菌可能只将硝酸盐还原为亚硝酸盐，因此细胞内积累的NO和N₂O较少。因此，它们在需氧区受到的抑制较小，从而获得竞争优势。

研究表明亚硝酸盐浓度与SVI值之间存在正相关关系，支持了这一假设。