活性污泥法是污水處理的核心工藝，為了徹底搞懂活性污泥法，小禹進(jìn)行了很深度的學(xué)習(xí)，研讀了各個版本的教材，終于在靈魂深處摸清了這門技術(shù)的精髓。
現(xiàn)在將我的學(xué)習(xí)心得整理成這篇干貨，分享給大家。分為兩塊內(nèi)容：一是微生物的增殖規(guī)律；二是活性污泥法運行中的5大問題及對策。活性污泥法是一門關(guān)于人類組織微生物吃有機(jī)物的學(xué)問。
為了使活性污泥中的微生物達(dá)到最佳的吃貨狀態(tài)，人們總結(jié)、發(fā)明了各種參數(shù)、技術(shù)、工藝；可以說，生化系統(tǒng)中的一切手段都是為了“吃有機(jī)物”這一核心宗旨。本篇解讀一個非常重要知識點——活性污泥微生物增值規(guī)律，指的是在溫度適宜、溶解氧含量充足、不存在抑制性物質(zhì)的條件下，微生物只受食量（有機(jī)物）影響的情況下的增殖規(guī)律。說得簡單通俗一點，就是研究微生物社會在不同“經(jīng)濟(jì)狀態(tài)“下的“人口”增長規(guī)律。
學(xué)習(xí)這一知識點的目的是為了搞清屎量（有機(jī)物）和微生物量二者的關(guān)系控制到什么程度較好，也就是找到能使曝氣池達(dá)到最佳運行工況的食微比。科學(xué)上，把活性污泥微生物增殖過程可分為適應(yīng)期、對數(shù)增長期、減衰增殖期和內(nèi)源呼吸期四個階段。哪個階段是最佳的活性污泥運行工況呢？下面一一解析。一少部分活性污泥最初進(jìn)入某一新的環(huán)境，就像人最初進(jìn)入某一陌生環(huán)境，一開始肯定會有些水土不服，需要先熟悉適應(yīng)。在這個階段內(nèi)，只有微生物個體發(fā)生一些調(diào)整，包括菌體體積增大、酶系統(tǒng)調(diào)整，尚未開展吃有機(jī)物的工作，可以理解為調(diào)整胃口、適應(yīng)水土的過程。這個階段，池子里面的有機(jī)物自然不會減少。適應(yīng)期的長短主要取決于污水的成分，這跟人一個道理，你從國內(nèi)的一個地方到國內(nèi)的另一個地方需要的適應(yīng)期一般比你從國內(nèi)到國外的適應(yīng)期要短。這個階段，微生物適應(yīng)了環(huán)境、調(diào)整好了胃口，且池子里面的屎量未被消耗，十分充足。這期間發(fā)生的事情就是，全員微生物卯足了勁兒、大口大口地狂吃，有點兒類似于經(jīng)歷了小餓的吃貨在自助餐廳的狀態(tài)，就是肆無忌憚的狂吃。此外，在狂吃的過程中還會不停的繁殖，會有源源不斷的新吃貨加入到吃屎大軍中，幾十分鐘內(nèi)就可以繁殖一代，子子孫孫，增殖非常快速，這就是所謂“對數(shù)”的由來。套用屎微比（F／M）的概念，這個階段F／M最高，食物充足，微生物吃得快、生得快。這個階段的微生物生命力生猛、活力極強，反映到工程屬性上就是污泥凝聚性能差，不易沉淀；就好比一個社會年輕人多、火力壯，往往很難冷靜（沉降）。由于微生物繁殖太猛，隨著“吃屎”進(jìn)程的推進(jìn)，屎量會逐漸變得不足；這就好比孩兒生得太多，口糧（也就是有機(jī)物）不夠吃了。這個階段極其類似于貧困年代。因為食物不充分，微生物吃食的速度會有明顯下降，沒得吃自然也就沒得生了，因此增殖速率也會隨之下降。類比人類社會，相當(dāng)于出生率和死亡率齊平。總體而言，本階段盡管微生物的總量還在增長，但是因為吃得不太夠，整體表現(xiàn)得有些“蔫兒”，整個的狀態(tài)極類似于一個進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的社會，也就容易冷靜（絮凝、沉淀），表現(xiàn)在工程上就是活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好。同時因為缺吃的，所以就吃得比較干凈，反映到工程上就是有機(jī)物去除率高。由于沉降性能好、去除率高，活性污泥法會將曝氣池的運行工況控制在這個狀態(tài)。這個階段屎量消耗殆盡，基本上沒什么可吃的，就相當(dāng)于人類的大饑荒年代。微生物靠消耗自己的細(xì)胞壁等維持生命，好比人吃不上東西就會消耗脂肪、肌肉，當(dāng)然最終還是會被餓死，因此，這個階段叫內(nèi)源呼吸期，就是吃不到屎靠消耗自身儲存的物質(zhì)維持生命的階段。當(dāng)然，反映到工程表現(xiàn)為污泥無機(jī)化程度高、沉降性良好、凝聚性較差，污泥逐漸減少。實際應(yīng)用中一般不把這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。綜上，根據(jù)各個階段吃屎的狀態(tài)以及微生物本身的狀態(tài)可知，減速增長階段是活性污泥法中曝氣池的最佳運行工況。活性污泥法是水處理常用方法，所以能夠做好其運營管理非常重要。在掌握了活性污泥增值規(guī)律的基礎(chǔ)上，就能夠得心應(yīng)手地面對和解決工程應(yīng)用問題。下文總結(jié)了活性污泥法運行過程中的5大常見問題以及對策，具有很強的實用價值。
① 絲狀菌膨脹 活性污泥絮體中的絲狀菌過度繁殖，導(dǎo)致膨脹，促成條件包括進(jìn)水有機(jī)物少，F(xiàn)/M太低，微生物食料不足；進(jìn)水氮、磷不足；pH值低；混合液溶解氧太低，不能滿足需要；進(jìn)水波動太大，對微生物造成沖擊。② 非絲狀菌膨脹 由于進(jìn)水中含有大量的溶解性有機(jī)物，使污泥負(fù)荷太高，而進(jìn)水中又缺乏足夠的N、P，或者DO（溶氧）不足。細(xì)菌很快把大量有機(jī)物吸入體內(nèi)，又不能代謝分解，向外分泌出過量的多糖類物質(zhì)。這些物質(zhì)分子中含羥基而具有較強的親水性，使活性污泥的結(jié)合水高達(dá)400%（正常為100%左右），呈黏性的凝膠狀，無法在二沉池分離。另一種非絲狀菌膨脹是進(jìn)水中含有較多毒物，導(dǎo)致細(xì)菌中毒，不能分泌出足夠量的黏性物質(zhì)，形不成絮體，也無法分離。組成廢水的各種成分由于比例失調(diào)，也可引起污泥膨脹，如廢水中C/N比失調(diào)，若由于碳水化合物的含量過高，可適當(dāng)?shù)耐都幽蛩亍⑻妓徜@或氯化銨。如系統(tǒng)進(jìn)水濃度太高，可減低進(jìn)水量。至于曝氣池的環(huán)境（如pH、溫度溶解氧等）對活性污泥的性質(zhì)也有一定的影響。其他如廢水中含有大量的有機(jī)物或石油，以及含有大量的腐敗物質(zhì)都可以引起膨脹。在曝氣池中過多或過少地充氧或攪動不充分，都可引起膨脹。由此可知，為防止污泥膨脹，首先應(yīng)加強管理操作，經(jīng)常檢測污水水質(zhì)、曝氣池內(nèi)溶解氧、污泥沉降比、污泥指數(shù)和進(jìn)行顯微鏡觀察，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時采取措施，如加大空氣量、及時排泥、在有可能時采取分段進(jìn)水，以減輕二沉池的負(fù)荷。主要是指污泥脫氮上浮。污水在二沉池中經(jīng)過長時間停留會造成缺氧（DO在0.5mg/L以下），則反硝化菌會使硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氨和氮氣，在氨和氮氣逸出時，污泥吸附氨和氮氣而上浮使污泥沉降性降低。污泥上浮現(xiàn)象和活性污泥的性質(zhì)無關(guān)，只因污泥中產(chǎn)生氣泡，使污泥密度低于水，因此污泥上浮不應(yīng)與污泥膨脹混為一談。具體解決辦法有：① 降低進(jìn)水鹽濃度，控制高負(fù)荷COD的沖擊。② 準(zhǔn)確地控制曝氣池內(nèi)的COD負(fù)荷。因此，在運行操作上要控制曝氣池進(jìn)水量。通過準(zhǔn)確地控制MLSS（建議6～8g/L）和曝氣池進(jìn)水量，將COD負(fù)荷控制在0.2～0.4kg/（m3·d）的適當(dāng)范圍，以減少污水的沖擊，如果該污水經(jīng)過均質(zhì)池后的COD濃度仍然超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)將該股污水引入事故池以待日后處理。③ 完善新建污水預(yù)處理工藝，控制污水厭氧與兼氧酸化水解池是保障后續(xù)曝氣池正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵步驟，污水中的難降解有機(jī)物在此得到降解后，可以保證曝氣池污水的出水要求，也改善了二沉池的沉降性能。應(yīng)采取以下措施：完成潛水?dāng)嚢铏C(jī)配電系統(tǒng)的改造，盡快泵污泥至酸化池，進(jìn)行酸化池的調(diào)試和酸化污泥的馴化。一次投加剩余污泥約為池容的1/5，投加量約為100m3，使池內(nèi)混合液濃度在4～6g/L。④控制氧曝池的溶解氧濃度，適當(dāng)降低氧曝池MLSS，基本控制在10g/L以內(nèi)，與之相應(yīng)的溶解氧濃度控制應(yīng)根據(jù)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷及時調(diào)整。⑤增加污泥回流量，及時排除剩余污泥，降低混合液污泥濃度，縮短污泥齡，降低溶解氧濃度，但不能進(jìn)入消化階段。① 啟動泡沫 活性污泥工藝運行啟動初期，由于污水中含有一些表面活性物質(zhì)，易引起表面泡沫。但隨著活性污泥的成熟，這些表面活性物質(zhì)經(jīng)微生物降解，泡沫現(xiàn)象會逐漸消失。② 反硝化泡沫 如果污水廠進(jìn)行硝化反應(yīng)，則在沉淀池或曝氣不足的地方會發(fā)生反硝化作用，產(chǎn)生氮等氣泡而帶動部分污泥上浮，出現(xiàn)泡沫現(xiàn)象。③ 生物泡沫 由于絲狀微生物的異常生長，與氣泡、絮體顆粒混合而成的泡沫具有穩(wěn)定、持續(xù)、較難控制的特點。生物泡沫對污水廠的正常運行是非常不利的：在曝氣池或二沉池中出現(xiàn)大量絲狀微生物，在水面上漂浮、積聚大量泡沫，造成出水有機(jī)物濃度和懸浮固體升高，產(chǎn)生惡臭或不良有害氣體，降低機(jī)械曝氣方式的氧轉(zhuǎn)移效率，可能造成后期污泥消化時產(chǎn)生大量表面泡沫。① 噴灑水 這是一種最常用的物理方法。通過噴灑水流或水珠以打碎浮在水面上的氣泡，來減少泡沫。打散的污泥顆粒部分重新恢復(fù)沉降性能，但絲狀細(xì)菌仍然存在于混合液中，所以不能從根本上消除泡沫現(xiàn)象。② 投加消泡劑 可采用具有強氧化性的殺菌劑，如氯、臭氧和過氧化物等。還有利用聚乙二醇、硅酮生產(chǎn)的市售藥劑，以及氯化鐵和銅材酸洗液的混合藥劑等。藥劑的作用僅僅能降低泡沫的增長，卻不能消除泡沫的形成。而廣泛應(yīng)用的殺菌劑普遍存在副作用，因為過量或投加位置不當(dāng)，會大量降低反應(yīng)池中絮成菌的數(shù)量及生物總量。③ 降低污泥齡 一般采用降低曝氣池中污泥的停留時間，以抑制有較長生長期的放線菌的生長。④ 回流厭氧消化池上清液 已有試驗表明，采用厭氧消化池上清液回流到曝氣池的方法，能控制曝氣池表面的氣泡形成。⑤ 投加特別微生物 有研究提出，一部分特殊菌種可以消除Nocardia菌的活力，其中包括原生動物腎形蟲等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，對部分泡沫細(xì)菌有控制作用。處理水質(zhì)渾濁、污泥絮凝體微細(xì)化，處理效果變壞等則是污泥解體現(xiàn)象。導(dǎo)致這種異常現(xiàn)象的原因有：污泥中毒，微生物代謝功能受到損害或消失，污泥失去凈化活性和絮凝活性。多數(shù)情況下為污水事故性排放所造成，應(yīng)在生產(chǎn)中予以克服，或局部進(jìn)行預(yù)處理；正常運行時，處理水量或污水濃度長期偏低，而曝氣量仍為正常值，出現(xiàn)過度曝氣，引起污泥過度自身氧化，菌膠團(tuán)絮凝性能下降，污泥解體，進(jìn)一步污泥可能會部分或完全失去活性。此時，應(yīng)調(diào)整曝氣量，或只運行部分曝氣池。運行不當(dāng)（如曝氣過量），會使活性污泥生物營養(yǎng)的平衡遭到破壞，使微生物量減少且失去活性，吸附能力降低，絮凝體縮小質(zhì)密，一部分則成為不易沉淀的羽毛狀污泥，處理水質(zhì)混濁，SV%值降低等。當(dāng)污水中存在有毒物質(zhì)時，微生物會受到抑制傷害，凈化能力下降，或完全停止，從而使污泥失去活性。一般可通過顯微鏡觀察來判別產(chǎn)生的原因。當(dāng)鑒別出是運行方面的問題時，應(yīng)對污水量、回流污泥量、空氣量和排泥狀態(tài)以及SV、MLSS、DO、NS等多項指標(biāo)進(jìn)行檢查，加以調(diào)整。當(dāng)確定是污水中混入有毒物質(zhì)時，應(yīng)考慮這是新的工業(yè)廢水混入的結(jié)果，需查明來源，按國家排放標(biāo)準(zhǔn)加以處理。污泥腐化上浮是指在沉淀池內(nèi)的污泥由于缺氧而引起厭氧分解，產(chǎn)生甲烷及二氧化碳?xì)怏w，污泥吸附氣體上浮。在二沉池有可能由于污泥長期滯留而進(jìn)行厭氣發(fā)酵，生成氣體（H2S、CH4等），從而發(fā)生大塊污泥上浮的現(xiàn)象。它與污泥脫氮上浮所不同的是，污泥腐敗變黑，產(chǎn)生惡臭。此時也不是全部污泥上浮，大部分污泥都是正常地排出或回流，只有沉淀積在死角長期滯留的污泥才腐化上浮。①設(shè)計并安裝不使污泥外溢的浮渣設(shè)備；③加大池底坡度或改進(jìn)池底刮泥設(shè)備，不使污泥滯留于池底。此外，如曝氣池內(nèi)曝氣過度，使污泥攪拌過于激烈，生成大量小氣泡附聚于絮凝體上，也容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。防止措施是將供氣控制在攪拌所需的限度內(nèi)，而脂肪和油則應(yīng)在進(jìn)入曝氣池之前加以去除。
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