活性污泥法是污水处理的核心工艺，为了彻底搞懂活性污泥法，小禹进行了很深度的学习，研读了各个版本的教材，终于在灵魂深处摸清了这门技术的精髓。
现在将我的学习心得整理成这篇干货，分享给大家。分为两块内容：一是微生物的增殖规律；二是活性污泥法运行中的5大问题及对策。活性污泥法是一门关于人类组织微生物吃有机物的学问。
为了使活性污泥中的微生物达到最佳的吃货状态，人们总结、发明了各种参数、技术、工艺；可以说，生化系统中的一切手段都是为了“吃有机物”这一核心宗旨。本篇解读一个非常重要知识点——活性污泥微生物增值规律，指的是在温度适宜、溶解氧含量充足、不存在抑制性物质的条件下，微生物只受食量（有机物）影响的情况下的增殖规律。说得简单通俗一点，就是研究微生物社会在不同“经济状态“下的“人口”增长规律。
学习这一知识点的目的是为了搞清屎量（有机物）和微生物量二者的关系控制到什么程度较好，也就是找到能使曝气池达到最佳运行工况的食微比。科学上，把活性污泥微生物增殖过程可分为适应期、对数增长期、减衰增殖期和内源呼吸期四个阶段。哪个阶段是最佳的活性污泥运行工况呢？下面一一解析。一少部分活性污泥最初进入某一新的环境，就像人最初进入某一陌生环境，一开始肯定会有些水土不服，需要先熟悉适应。在这个阶段内，只有微生物个体发生一些调整，包括菌体体积增大、酶系统调整，尚未开展吃有机物的工作，可以理解为调整胃口、适应水土的过程。这个阶段，池子里面的有机物自然不会减少。适应期的长短主要取决于污水的成分，这跟人一个道理，你从国内的一个地方到国内的另一个地方需要的适应期一般比你从国内到国外的适应期要短。这个阶段，微生物适应了环境、调整好了胃口，且池子里面的屎量未被消耗，十分充足。这期间发生的事情就是，全员微生物卯足了劲儿、大口大口地狂吃，有点儿类似于经历了小饿的吃货在自助餐厅的状态，就是肆无忌惮的狂吃。此外，在狂吃的过程中还会不停的繁殖，会有源源不断的新吃货加入到吃屎大军中，几十分钟内就可以繁殖一代，子子孙孙，增殖非常快速，这就是所谓“对数”的由来。套用屎微比（F／M）的概念，这个阶段F／M最高，食物充足，微生物吃得快、生得快。这个阶段的微生物生命力生猛、活力极强，反映到工程属性上就是污泥凝聚性能差，不易沉淀；就好比一个社会年轻人多、火力壮，往往很难冷静（沉降）。由于微生物繁殖太猛，随着“吃屎”进程的推进，屎量会逐渐变得不足；这就好比孩儿生得太多，口粮（也就是有机物）不够吃了。这个阶段极其类似于贫困年代。因为食物不充分，微生物吃食的速度会有明显下降，没得吃自然也就没得生了，因此增殖速率也会随之下降。类比人类社会，相当于出生率和死亡率齐平。总体而言，本阶段尽管微生物的总量还在增长，但是因为吃得不太够，整体表现得有些“蔫儿”，整个的状态极类似于一个进入稳态的社会，也就容易冷静（絮凝、沉淀），表现在工程上就是活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好。同时因为缺吃的，所以就吃得比较干净，反映到工程上就是有机物去除率高。由于沉降性能好、去除率高，活性污泥法会将曝气池的运行工况控制在这个状态。这个阶段屎量消耗殆尽，基本上没什么可吃的，就相当于人类的大饥荒年代。微生物靠消耗自己的细胞壁等维持生命，好比人吃不上东西就会消耗脂肪、肌肉，当然最终还是会被饿死，因此，这个阶段叫内源呼吸期，就是吃不到屎靠消耗自身储存的物质维持生命的阶段。当然，反映到工程表现为污泥无机化程度高、沉降性良好、凝聚性较差，污泥逐渐减少。实际应用中一般不把这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。综上，根据各个阶段吃屎的状态以及微生物本身的状态可知，减速增长阶段是活性污泥法中曝气池的最佳运行工况。活性污泥法是水处理常用方法，所以能够做好其运营管理非常重要。在掌握了活性污泥增值规律的基础上，就能够得心应手地面对和解决工程应用问题。下文总结了活性污泥法运行过程中的5大常见问题以及对策，具有很强的实用价值。
① 丝状菌膨胀 活性污泥絮体中的丝状菌过度繁殖，导致膨胀，促成条件包括进水有机物少，F/M太低，微生物食料不足；进水氮、磷不足；pH值低；混合液溶解氧太低，不能满足需要；进水波动太大，对微生物造成冲击。② 非丝状菌膨胀 由于进水中含有大量的溶解性有机物，使污泥负荷太高，而进水中又缺乏足够的N、P，或者DO（溶氧）不足。细菌很快把大量有机物吸入体内，又不能代谢分解，向外分泌出过量的多糖类物质。这些物质分子中含羟基而具有较强的亲水性，使活性污泥的结合水高达400%（正常为100%左右），呈黏性的凝胶状，无法在二沉池分离。另一种非丝状菌膨胀是进水中含有较多毒物，导致细菌中毒，不能分泌出足够量的黏性物质，形不成絮体，也无法分离。组成废水的各种成分由于比例失调，也可引起污泥膨胀，如废水中C/N比失调，若由于碳水化合物的含量过高，可适当的投加尿素、碳酸铵或氯化铵。如系统进水浓度太高，可减低进水量。至于曝气池的环境（如pH、温度溶解氧等）对活性污泥的性质也有一定的影响。其他如废水中含有大量的有机物或石油，以及含有大量的腐败物质都可以引起膨胀。在曝气池中过多或过少地充氧或搅动不充分，都可引起膨胀。由此可知，为防止污泥膨胀，首先应加强管理操作，经常检测污水水质、曝气池内溶解氧、污泥沉降比、污泥指数和进行显微镜观察，如发现异常情况应及时采取措施，如加大空气量、及时排泥、在有可能时采取分段进水，以减轻二沉池的负荷。主要是指污泥脱氮上浮。污水在二沉池中经过长时间停留会造成缺氧（DO在0.5mg/L以下），则反硝化菌会使硝酸盐转化成氨和氮气，在氨和氮气逸出时，污泥吸附氨和氮气而上浮使污泥沉降性降低。污泥上浮现象和活性污泥的性质无关，只因污泥中产生气泡，使污泥密度低于水，因此污泥上浮不应与污泥膨胀混为一谈。具体解决办法有：② 准确地控制曝气池内的COD负荷。因此，在运行操作上要控制曝气池进水量。通过准确地控制MLSS（建议6～8g/L）和曝气池进水量，将COD负荷控制在0.2～0.4kg/（m3·d）的适当范围，以减少污水的冲击，如果该污水经过均质池后的COD浓度仍然超过设计标准，应将该股污水引入事故池以待日后处理。③ 完善新建污水预处理工艺，控制污水厌氧与兼氧酸化水解池是保障后续曝气池正常运转的关键步骤，污水中的难降解有机物在此得到降解后，可以保证曝气池污水的出水要求，也改善了二沉池的沉降性能。应采取以下措施：完成潜水搅拌机配电系统的改造，尽快泵污泥至酸化池，进行酸化池的调试和酸化污泥的驯化。一次投加剩余污泥约为池容的1/5，投加量约为100m3，使池内混合液浓度在4～6g/L。④控制氧曝池的溶解氧浓度，适当降低氧曝池MLSS，基本控制在10g/L以内，与之相应的溶解氧浓度控制应根据进水有机负荷及时调整。⑤增加污泥回流量，及时排除剩余污泥，降低混合液污泥浓度，缩短污泥龄，降低溶解氧浓度，但不能进入消化阶段。① 启动泡沫 活性污泥工艺运行启动初期，由于污水中含有一些表面活性物质，易引起表面泡沫。但随着活性污泥的成熟，这些表面活性物质经微生物降解，泡沫现象会逐渐消失。② 反硝化泡沫 如果污水厂进行硝化反应，则在沉淀池或曝气不足的地方会发生反硝化作用，产生氮等气泡而带动部分污泥上浮，出现泡沫现象。③ 生物泡沫 由于丝状微生物的异常生长，与气泡、絮体颗粒混合而成的泡沫具有稳定、持续、较难控制的特点。生物泡沫对污水厂的正常运行是非常不利的：在曝气池或二沉池中出现大量丝状微生物，在水面上漂浮、积聚大量泡沫，造成出水有机物浓度和悬浮固体升高，产生恶臭或不良有害气体，降低机械曝气方式的氧转移效率，可能造成后期污泥消化时产生大量表面泡沫。① 喷洒水 这是一种最常用的物理方法。通过喷洒水流或水珠以打碎浮在水面上的气泡，来减少泡沫。打散的污泥颗粒部分重新恢复沉降性能，但丝状细菌仍然存在于混合液中，所以不能从根本上消除泡沫现象。② 投加消泡剂 可采用具有强氧化性的杀菌剂，如氯、臭氧和过氧化物等。还有利用聚乙二醇、硅酮生产的市售药剂，以及氯化铁和铜材酸洗液的混合药剂等。药剂的作用仅仅能降低泡沫的增长，却不能消除泡沫的形成。而广泛应用的杀菌剂普遍存在副作用，因为过量或投加位置不当，会大量降低反应池中絮成菌的数量及生物总量。③ 降低污泥龄 一般采用降低曝气池中污泥的停留时间，以抑制有较长生长期的放线菌的生长。④ 回流厌氧消化池上清液 已有试验表明，采用厌氧消化池上清液回流到曝气池的方法，能控制曝气池表面的气泡形成。⑤ 投加特别微生物 有研究提出，一部分特殊菌种可以消除Nocardia菌的活力，其中包括原生动物肾形虫等。另外，增加捕食性和拮抗性的微生物，对部分泡沫细菌有控制作用。处理水质浑浊、污泥絮凝体微细化，处理效果变坏等则是污泥解体现象。导致这种异常现象的原因有：污泥中毒，微生物代谢功能受到损害或消失，污泥失去净化活性和絮凝活性。多数情况下为污水事故性排放所造成，应在生产中予以克服，或局部进行预处理；正常运行时，处理水量或污水浓度长期偏低，而曝气量仍为正常值，出现过度曝气，引起污泥过度自身氧化，菌胶团絮凝性能下降，污泥解体，进一步污泥可能会部分或完全失去活性。此时，应调整曝气量，或只运行部分曝气池。运行不当（如曝气过量），会使活性污泥生物营养的平衡遭到破坏，使微生物量减少且失去活性，吸附能力降低，絮凝体缩小质密，一部分则成为不易沉淀的羽毛状污泥，处理水质混浊，SV%值降低等。当污水中存在有毒物质时，微生物会受到抑制伤害，净化能力下降，或完全停止，从而使污泥失去活性。一般可通过显微镜观察来判别产生的原因。当鉴别出是运行方面的问题时，应对污水量、回流污泥量、空气量和排泥状态以及SV、MLSS、DO、NS等多项指标进行检查，加以调整。当确定是污水中混入有毒物质时，应考虑这是新的工业废水混入的结果，需查明来源，按国家排放标准加以处理。污泥腐化上浮是指在沉淀池内的污泥由于缺氧而引起厌氧分解，产生甲烷及二氧化碳气体，污泥吸附气体上浮。在二沉池有可能由于污泥长期滞留而进行厌气发酵，生成气体（H2S、CH4等），从而发生大块污泥上浮的现象。它与污泥脱氮上浮所不同的是，污泥腐败变黑，产生恶臭。此时也不是全部污泥上浮，大部分污泥都是正常地排出或回流，只有沉淀积在死角长期滞留的污泥才腐化上浮。③加大池底坡度或改进池底刮泥设备，不使污泥滞留于池底。此外，如曝气池内曝气过度，使污泥搅拌过于激烈，生成大量小气泡附聚于絮凝体上，也容易产生这种现象。防止措施是将供气控制在搅拌所需的限度内，而脂肪和油则应在进入曝气池之前加以去除。
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