活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的重要問(wèn)題
活性污泥法系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有若干關(guān)鍵性問(wèn)題，認(rèn)識(shí)和理解這些問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的影響，顯得十分重要。它們是：①水力負(fù)荷；②有機(jī)負(fù)荷；③微生物濃度；④曝氣時(shí)間；⑤微生物平均停留時(shí)間；⑥氧傳遞速率；⑦回流污泥濃度；⑧回流污泥率；⑨曝氣池的構(gòu)造；⑩pH和堿度；⑩溶解氧濃度。
1.水力負(fù)荷
大部分污水的水力特征是不易控制的因素。當(dāng)?shù)氐纳罘绞胶图鞣秶嘟Y(jié)合形成了流向污水廠的流量變化形式。通常污水流量在一天內(nèi)是變化的。高峰常出現(xiàn)在白天，低谷則出現(xiàn)在黑夜。變化幅度隨城市大小而異。城市愈小，變化幅度愈大。在一般的設(shè)計(jì)中，高峰值約為平均流量的200%，最低值約為平均流量的50%。污水流量還隨季節(jié)變化，夏季流量大，冬季流量小。
在合流制管道系統(tǒng)中，雨水的流量大，足以破壞污水處理廠的正常運(yùn)行。若要保證出水的質(zhì)量，有必要將過(guò)大的流量轉(zhuǎn)移到雨水調(diào)節(jié)池中去，當(dāng)流量回跌到最大允許流量之下時(shí)，再將調(diào)節(jié)池中的雨水在控制狀態(tài)下抽送到處理構(gòu)筑物。雨水的貯存增加了處理系統(tǒng)的復(fù)雜性。在分流制系統(tǒng)中，雨水的滲入也會(huì)引起運(yùn)行問(wèn)題。
很多處理廠用泵來(lái)提升污水進(jìn)入處理廠，由于沒(méi)有選好泵產(chǎn)生了很多問(wèn)題。小廠往往只有二個(gè)人流泵，一個(gè)運(yùn)行，一個(gè)備用。以前通常按每日高峰時(shí)的流量選用，該時(shí)的流量為平均流量的2～3倍，這樣，活性污泥法系統(tǒng)必須承受周期性的沖擊負(fù)荷，對(duì)運(yùn)行十分不利。應(yīng)該選用同樣型號(hào)的幾臺(tái)泵，并和泵前集水井的容積相配合，使進(jìn)入的變化較大的流量，通過(guò)井和泵的配合調(diào)蓄后，得到相對(duì)較穩(wěn)定的流量。有時(shí)專門(mén)設(shè)置調(diào)節(jié)池平衡一日內(nèi)的流量變化。近年來(lái)，螺旋泵再次顯示了可提供可變的流量而無(wú)需專門(mén)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，但問(wèn)題是水頭相對(duì)較小。
水力負(fù)荷的變化影響活性污泥法系統(tǒng)的曝氣池和二次沉淀池。當(dāng)流量增加時(shí)，污水在曝氣池內(nèi)的停留時(shí)間縮短，影響出水質(zhì)量，同時(shí)影響曝氣池的水位。若為機(jī)械表面曝氣機(jī)，由于水位的變化，它的運(yùn)行就變得不穩(wěn)定。水力影響的主要部分是二次沉淀池。
2.有機(jī)負(fù)荷
曝氣區(qū)容積的計(jì)算，最早以經(jīng)驗(yàn)的曝氣時(shí)間作為主要的設(shè)計(jì)參數(shù)。有了曝氣時(shí)間（即停留時(shí)間），再乘上設(shè)計(jì)流量，就可得到曝氣池的容積。現(xiàn)在則常以污泥的有機(jī)負(fù)荷率N作為設(shè)計(jì)參數(shù)。
設(shè)計(jì)中要思考的主要問(wèn)題是如何確定污泥負(fù)荷率和MLSS的設(shè)計(jì)值。從公式可知，這兩個(gè)設(shè)計(jì)值采用得大一些，曝氣池所需的體積可以小一些。污泥有機(jī)負(fù)荷率的大小影響處理效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用活性污泥法作為完全處理時(shí)，設(shè)計(jì)的污泥負(fù)荷率一般不大于0.5kg（BOD5）/kg（MLSS）·d如果要求氮素轉(zhuǎn)入硝化階段，一般采用0.3kg（BOD5）/kg（MLSS）·d，通常稱為常負(fù)荷。有時(shí)為了減小曝氣池的容積，可以采用高負(fù)荷，即污泥負(fù)荷率采用1以上。采用高的污泥負(fù)荷率雖可減小曝氣池的容積，但出水水質(zhì)要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥處置的費(fèi)用和困難，同時(shí)，整個(gè)處理系統(tǒng)較不耐沖擊，造成運(yùn)行中的困難。因此，近年來(lái)，很多國(guó)家的科技人員不主張采用高負(fù)荷系統(tǒng)。有時(shí)為避免剩余污泥處置上的困難和要求污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，可以采用低的污泥負(fù)荷率（<0.1），把曝氣池建得很大，曝氣池中的污泥濃度維持較高，可以基本上沒(méi)有剩余活性污泥，這就是延時(shí)曝氣法。(圖6-25)顯示了污泥負(fù)荷與BOD5，去除率，污泥齡及污泥產(chǎn)量的關(guān)系。
3.微生物濃度
怎樣確定混合液污泥濃度MD.SS呢?提高M(jìn)LSS，可以縮小曝氣池的容積，或者說(shuō)，可以降低污泥負(fù)荷率，提高處理效率。那末，在設(shè)計(jì)中采用高的MLSS是否就可以提高效益呢?這種想法是一種錯(cuò)覺(jué)。其一，污泥量并不就是微生物的活細(xì)胞量。曝氣池污泥量的增加意味著泥齡的增加，泥齡的增加就使污泥中活細(xì)胞的比例減。黄涠，過(guò)高的微生物濃度在后續(xù)的沉淀池中難于沉淀，影響出水水質(zhì)；其三，曝氣池污泥的增加，就要求曝氣池中有更高的氧傳遞速率。否則，微生物就受到抑制，處理效率降低。而各種曝氣設(shè)備都有其合理的氧傳遞速率的范圍。例如，穿孔管的氧傳遞速率為20-30mg/L·h，微孔曝氣（微孔陶瓷管或擴(kuò)散板）設(shè)備的氧傳遞速率為40～60mg/L·h，純氧曝氣設(shè)備的氧傳遞速率為150mg/ L·h左右。對(duì)于每一種曝氣設(shè)備，超出了它合理的氧傳遞速率范圍，其充氧動(dòng)力效率將明顯降低，使能耗增加。因此，采用一定的曝氣設(shè)備系統(tǒng)，實(shí)際上只能夠采用相應(yīng)的污泥濃度，MLSS的提高是有限度的。根據(jù)長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的傳統(tǒng)活性污泥法時(shí)，曝氣池中MLSS在2000mg/L左右是適宜的。
對(duì)不同的水質(zhì)、不同的工藝應(yīng)根據(jù)具體情況探索合理的微生物濃度。
4.曝氣時(shí)間
曝氣時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷的關(guān)系很密切，在考慮曝氣時(shí)間時(shí)要注意一些其他有關(guān)因素。在通常情況下，城市污水的最短曝氣時(shí)間為3h，或更大些，這和滿足曝氣池需氧速率有關(guān)。當(dāng)曝氣池做得較小時(shí)，曝氣設(shè)備是按系統(tǒng)的負(fù)荷峰值控制設(shè)計(jì)的。這樣，在其它時(shí)間，供氧量過(guò)大，造成浪費(fèi)，設(shè)備的能力不能充分得到利用。但若曝氣池做得大些，則可降低需氧速率，同時(shí)由于負(fù)荷率的降低，曝氣設(shè)備可以減小，曝氣設(shè)備的利用率得到提高。因而要仔細(xì)地評(píng)價(jià)曝氣設(shè)備和能源消耗的費(fèi)用以及曝氣池的基建費(fèi)用，使它們獲得最佳匹配。
假如希望獲得硝化處理結(jié)果，那么曝氣時(shí)間長(zhǎng)短的選擇是重要的。無(wú)論是含碳物質(zhì)代謝需氧還是硝化代謝需氧，都要求足夠的氧。
長(zhǎng)時(shí)間曝氣能降低剩余活性污泥量，這是由于好氧硝化以及內(nèi)源呼吸降低了活性物質(zhì)量所致。這樣的系統(tǒng)更能適應(yīng)沖擊負(fù)荷，但曝氣池容積增大。因而事物總是一分為二的，要結(jié)合具體的要求來(lái)選擇。
5.微生物平均停留時(shí)間（MCRT）
微生物在曝氣池中的平均停留時(shí)間，又稱泥齡，是活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中最重要的參數(shù)之一。選擇一定的有機(jī)負(fù)荷率和一定的MLSS濃度，就相應(yīng)決定了微生物的平均停留時(shí)間。因而有機(jī)負(fù)荷率和泥齡存在著內(nèi)在的聯(lián)系。
微生物平均停留時(shí)間是工作著的活性污泥總量同每日排放的剩余污泥量的比值，單位是d。例如，活性污泥總量為5000kg，每日排泥為500kg，則微生物的停留時(shí)間為10d。這也說(shuō)明，工作著的活性污泥每日更新十分之一。停留時(shí)間愈短，曝氣池中的活性污泥更新愈快，愈年輕。
微生物平均停留時(shí)間至少等于水力停留時(shí)間，此時(shí)，曝氣池內(nèi)的微生物濃度很低，大部分微生物是充分分散的。當(dāng)用回流使微生物的平均停留時(shí)間大于水力停留時(shí)間時(shí)，微生物濃度增加，改善了微生物的絮凝條件，提高了微生物在二沉池中的固液分離性能。但過(guò)長(zhǎng)的泥齡使微生物老化，絮凝條件惡化，并增加了惰性物質(zhì)引起的濁度。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，微生物的停留時(shí)間應(yīng)足夠的長(zhǎng)，促使微生物很好的絮凝，以便重力分離，但不能過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)反而促使絮凝條件變差。
經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)表明，通；钚晕勰喾ㄏ到y(tǒng)的微生物平均停留時(shí)間約為水力停留時(shí)間的20倍。延時(shí)曝氣系統(tǒng)的比例為30：1，甚至為40：1。對(duì)于高負(fù)荷系統(tǒng)，其比例接近10：1。通常活性污泥系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，對(duì)城市污水來(lái)講，為4-6h，則相應(yīng)的微生物停留時(shí)間為3.3～5 d。延時(shí)曝氣的水力停留時(shí)間為24h，則微生物停留時(shí)間為30d左右。高負(fù)荷系統(tǒng)曝氣時(shí)間為2-3h，微生物停留時(shí)間約為1d。這些是經(jīng)驗(yàn)的數(shù)值。
計(jì)算活性污泥法系統(tǒng)的MCRT是否應(yīng)包括二沉池中的活性污泥量呢?無(wú)疑在二沉池中有著可觀的活性污泥量，但由于氧的濃度很低，微生物代謝可以忽略。因而在評(píng)價(jià)時(shí)，不能只看到活性污泥總量，而要看條件。正由于此，大多數(shù)活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只根據(jù)曝氣池的污泥來(lái)計(jì)算MCRT。但在接觸穩(wěn)定系統(tǒng)中，因?yàn)榛旌铣睾驮倨貧獬氐乃νＡ魰r(shí)間不同，MLSS濃度也不同，且二次沉淀池經(jīng)常用作污泥調(diào)蓄池，在這種情況下，根據(jù)混合池和再曝氣池的運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算MCRT發(fā)現(xiàn)變化很大，而考慮沉淀池污泥量后，則MCRT比較穩(wěn)定，這個(gè)問(wèn)題還值得研究。其它大部分活性污泥法系統(tǒng)以天計(jì)的總有機(jī)負(fù)荷和剩余污泥量變化不大，每天計(jì)算的MCRT值比較穩(wěn)定。
微生物的平均停留時(shí)間還有助于進(jìn)一步理解活性污泥法的某些機(jī)理。前面曾指出，活性污泥分兩個(gè)階段去除污水中有機(jī)物，先是吸附，后是穩(wěn)定，而且吸附的時(shí)間比較短，穩(wěn)定的時(shí)間比較長(zhǎng)。但對(duì)穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短沒(méi)有具體概念。實(shí)際上，微生物平均停留時(shí)間反映了穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短。因而根據(jù)微生物停留時(shí)間來(lái)考察活性污泥，是認(rèn)識(shí)活性污泥的一個(gè)有效途徑。
有時(shí)，微生物平均停留時(shí)間還有助于說(shuō)明活性污泥中微生物的組成。世代時(shí)間長(zhǎng)于微生物平均停留時(shí)間的那些微生物幾乎不可能在這個(gè)活性污泥中繁殖。例如，有人曾研究了亞硝化單胞菌屬的生長(zhǎng)率，并推算了它們的世代時(shí)間，如表14-7所示。
從上表可知，當(dāng)混合液溫度為20℃，活性污泥停留時(shí)間為2d時(shí)，亞硝化單胞菌屬就不可能在這個(gè)活性污泥中繁殖。因?yàn)樵谶@種情況下，這屬細(xì)菌每日只能增加33%，但每日卻要排出50%。排出的多，增加的少，它們只會(huì)減少，不會(huì)增多。這時(shí)，混合液中氮氨就不會(huì)得到硝化，出水中即使有硝酸鹽，濃度必然很低。若希望出水中的氨氮含量低，就得降低污泥負(fù)荷率，提高微生物平均停留時(shí)間。
6.氧傳遞速率
氧傳遞速率將最終確定任一活性污泥法系統(tǒng)的能力。氧傳遞速率要考慮二個(gè)過(guò)程，即氧傳遞到水中以及真正傳遞到微生物的膜表面。通常的試驗(yàn)數(shù)據(jù)只表明氧傳遞到水相，但這并不意味著同樣量的氧已達(dá)到了微生物表面，而后者則控制著微生物能力的發(fā)揮。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，曝氣設(shè)備不僅要提供充分的氧，而且要?jiǎng)?chuàng)造足夠的紊動(dòng)條件，以剪切活性污泥絮體，這樣可使被圍在污泥絮體中的細(xì)菌得到氧。因此要提高氧的傳遞速率，必須有充足的氧量，并使混合液中的懸浮固體保持懸浮狀態(tài)和紊動(dòng)條件。無(wú)疑，曝氣設(shè)備的選擇，布置，以及如何同池型配合，是提高曝氣池性能的重要條件。
機(jī)械表面曝氣機(jī)，是把水粉碎成小的液滴，散布于連續(xù)的大氣相中，而擴(kuò)散曝氣器則是把空氣粉碎成微小氣泡，散布于連續(xù)的液相。目的都是希望從空氣中獲得氧，提高液相中的氧濃度。有人認(rèn)為，從實(shí)際的觀點(diǎn)來(lái)看，以液滴的方式來(lái)獲得同量的氧量比氣泡的方式容易。但這個(gè)比較是不涉及曝氣設(shè)備的性能和能耗，布置的簡(jiǎn)易性、以及池型配套的易行性等因素，目前二種曝氣方法幾乎同樣流行。事實(shí)上曝氣設(shè)備的發(fā)展還和水力流態(tài)，即反應(yīng)器的型式有關(guān)。
在氣泡曝氣中，氣泡在上升的過(guò)程，向鄰近液體傳遞氧，因而氣泡中的氧濃度降低，相鄰液體的氧濃度提高，這二個(gè)因素都使氧的傳遞速率減慢。而細(xì)的氣泡不能促使鄰近液體產(chǎn)生紊動(dòng)，泡和水幾乎是同速上升。因而最大的氧傳遞速率是發(fā)生在氣泡剛形成時(shí)。基于這種認(rèn)識(shí)，要提高氧傳遞速率，就要盡可能使單位氣量分布在最寬的斷面上。但是當(dāng)把擴(kuò)散板布滿大部分池底時(shí)，在同樣的氣量下，曝氣強(qiáng)度（單位面積上的氣體流量）不夠，MLSS要沉下來(lái)。因而把擴(kuò)散板移向池的一邊，這樣能使MLSS保持懸浮狀態(tài)。
機(jī)械曝氣中使用的齒輪箱和軸承的耐久性相對(duì)于氣泡曝氣來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的問(wèn)題。慢速曝氣機(jī)的混和深度為2.5～3m，高速曝氣機(jī)的混和深度更低。設(shè)置導(dǎo)流筒可以改善混和深度，但要增加動(dòng)力消耗。慢速機(jī)械表面曝氣機(jī)的氧傳遞速率為40～50mg/L·h，高速機(jī)械表面曝氣機(jī)的氧傳遞速率為20-30mg/ L·h。
近年來(lái)，對(duì)曝氣葉輪的減速傳動(dòng)裝置不斷加以改進(jìn)，目前在一些污水處理廠中已采用直流電動(dòng)機(jī)代替變速電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，通過(guò)調(diào)整電壓的方法來(lái)改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速，以滿足需氧率的變化。從運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看，反應(yīng)普遍良好。缺點(diǎn)是調(diào)壓設(shè)備龐大，占地較多。有些廠已用可控調(diào)壓設(shè)備來(lái)改進(jìn)。
7．回流污泥濃度
在1 L的量筒中測(cè)定SVI，筒壁對(duì)活性污泥的沉降特性有影響。某些廠的 SVI大于100，但也能產(chǎn)生10000mg/L的回流污泥，說(shuō)明沉淀池的污泥沉降特性比量筒還要好。
沉降濃縮性能略差的回流污泥，其濃度范圍在5000～8000mg/L，則回流量等于原污水的25%。若回流濃度為5000mg/L，則回流量為原污水的67%。
8.回流污泥率
正如上面指出的，回流污泥量與回流污泥濃度和所期望的MLSS濃度有關(guān)。要求的MLSS濃度高，回流量就要增大。
高的污泥回流量增大了進(jìn)入沉淀池的流量，增加了二沉池的負(fù)荷，縮短了沉淀池的沉淀時(shí)間，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固體隨出流帶走。活性污泥回流率的設(shè)計(jì)應(yīng)有彈性，并應(yīng)操作在可能的最低流量。這為沉淀池提供了最大穩(wěn)定性。
目前有些廠使用螺旋泵，該泵提升水頭小，工作彈性大，適合于回流活性污泥。
小廠運(yùn)行時(shí)，回流污泥量可變性大，為了力爭(zhēng)有機(jī)負(fù)荷率保持穩(wěn)定，近年來(lái)已使用變速泵，以便有規(guī)律地來(lái)調(diào)節(jié)回流量。但是經(jīng)驗(yàn)表明，控制有機(jī)負(fù)荷率不變，引起的問(wèn)題還是不小。因隨著污水流量的增加而增加污泥回流量，這樣對(duì)二次沉淀池產(chǎn)生了很大的水力沖擊，惡化出流。增加MLSS等于增加需氧量，否則不能維持有機(jī)負(fù)荷的穩(wěn)定，但卻引起了曝氣系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷，再次促使出流惡化。
研究表明，一般情況下，常量的污泥回流比變量回流好。常量的污泥回流是最簡(jiǎn)便的運(yùn)行方式。在常量回流而當(dāng)人流量較低時(shí)，沉淀池中有較多的回流污泥流人曝氣池，比從曝氣池中流人沉淀池的污泥多，這樣，在曝氣池中的MI..KG增加了，這等于為流量和有機(jī)負(fù)荷的增加作了準(zhǔn)備，而沉淀池中貯存的污泥體積變得最小。當(dāng)流量增加和有機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，曝氣池中較高的MLSS已具備了適應(yīng)條件，這時(shí)有更多的MISS從曝氣池中流向沉淀池時(shí)，而二次沉淀池早已留出了空間。MLSS能自動(dòng)地響應(yīng)流量和有機(jī)負(fù)荷的變化，以產(chǎn)生最好的出流質(zhì)量。因而，保持常量回流，并使回流量控制在相對(duì)較低的流量上，能自動(dòng)調(diào)節(jié)人流量和有機(jī)負(fù)荷的變化。季節(jié)性的流量變化較大，只要幾個(gè)星期改變一次回流量即可。
9.曝氣池的構(gòu)造
近幾年來(lái)，很少注意曝氣池的構(gòu)造。似乎什么構(gòu)造的曝氣池都能使用。實(shí)際上，曝氣池的構(gòu)造對(duì)活性污泥法起著一個(gè)十分重要的作用。
英國(guó)開(kāi)發(fā)的狹長(zhǎng)形曝氣池是考慮以連續(xù)流池來(lái)代替間歇池。當(dāng)旋流曝氣池引入美國(guó)時(shí)，開(kāi)始注意曝氣池的縱向短流問(wèn)題。于是在池的橫方向設(shè)置了障板，以防短流，但效果不佳，以后又拆除了。將曝氣池橫斷面的四角做成內(nèi)圓，有利于旋轉(zhuǎn)并防止死角，減少水頭損失。池深取決于曝氣器所使用的鼓風(fēng)機(jī)壓力，池寬通常為池深的一倍。
用示蹤劑研究表明：示蹤劑的峰值約在停留時(shí)間的35%的長(zhǎng)度位置上，流態(tài)傾向于完全混和。說(shuō)明縱向混和很嚴(yán)重。氧消耗率的數(shù)據(jù)表明：開(kāi)始時(shí)的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)氧的實(shí)際傳遞能力，迫使未被處理的有機(jī)物移向曝氣池的下方，氧消耗率在35%的縱向距離之前跌得很快，然后慢慢往下跌，曝氣池底部的DO仍然為零，明顯地說(shuō)明氧傳遞受到限制的情況。推流曝氣池實(shí)質(zhì)上類似串聯(lián)的幾個(gè)完全混和池。
處理量小的完全混和曝氣池是一個(gè)小的圓形和矩形池，只配有一個(gè)機(jī)械曝氣機(jī)，很容易圍繞曝氣機(jī)形成混和區(qū)。但當(dāng)處理量變大后，曝氣池也相應(yīng)增大。三或四只曝氣機(jī)放在同一只大的曝氣池中，這樣，圍繞每一個(gè)曝氣機(jī)形成了一個(gè)混和區(qū)。若在曝氣池的一端進(jìn)水，另一端出水，則進(jìn)水端的混合液的氧吸收率比較高，而出水口附近的混合液氧吸收率低。這種情況說(shuō)明曝氣池不是充分完全混和的。當(dāng)曝氣池很大時(shí)，設(shè)置了很多等距離的曝氣機(jī)，一端進(jìn)水，一端出水。這樣的曝氣池類似于傳統(tǒng)的曝氣池。
隨著池型的發(fā)展，穿孔管曝氣已使用于20m深的曝氣池中去，在這種深度下，可以產(chǎn)生細(xì)氣泡，增加了氧的傳遞能力。機(jī)械曝氣機(jī)配合導(dǎo)流簡(jiǎn)可用于 10m深的池中。設(shè)計(jì)工程師應(yīng)將曝氣設(shè)備的特性和池型構(gòu)造有機(jī)地結(jié)合起來(lái)適應(yīng)各種有局限的空間，進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。
10.pH和堿度
活性污泥通常運(yùn)行在pH：6.5-8.5pH所以能保持在這個(gè)范圍，是由于污水中的蛋白質(zhì)代謝后產(chǎn)生的碳酸銨堿度和從天然水中帶來(lái)的堿度所致。生活污水中有足夠的堿度使pH保持在較好的水平。軟水地區(qū)的天然水中缺少天然堿度。由于有機(jī)酸的形成。pH可跌到5.5，甚至低于5.0。在這種系統(tǒng)中可用pH來(lái)度量進(jìn)行中的硝化作用。
工業(yè)污水中經(jīng)常缺少蛋白質(zhì)，因而產(chǎn)生pH過(guò)低問(wèn)題。在糖廠、淀粉廠和某些合成化學(xué)廠，這個(gè)問(wèn)題尤為嚴(yán)重。糖、醛、丙酮和乙醇被細(xì)菌代謝為有機(jī)酸，它能降低pH和減慢代謝速度。堿或石灰能直接添加到曝氣池中，以維持所希望的pH。堿或石灰同代謝產(chǎn)生的Cq作用產(chǎn)生碳酸鈉或碳酸鈣可作為緩沖劑。工業(yè)污水中的有機(jī)酸通常在進(jìn)入曝氣池前進(jìn)行中和。當(dāng)有機(jī)物被代謝時(shí)，形成了相應(yīng)的碳酸鹽。氨基化合物和蛋白質(zhì)由于代謝釋放了銨離子，從而形成了碳酸銨。
當(dāng)pH低于6時(shí)，刺激了霉菌和其它真菌的生長(zhǎng)，抑制了通常細(xì)菌的繁殖。絲狀真菌的沉淀性能差，使過(guò)量的微生物流失于出流中。
11.溶解氧濃度
通常溶解氧濃度不是一個(gè)關(guān)鍵因素，除非溶解氧濃度跌落到接近于零。只要細(xì)菌能獲得所需要的溶解氧來(lái)進(jìn)行代謝，其代謝速率不受溶解氧濃度的影響。當(dāng)耗氧速率超過(guò)實(shí)際的氧傳遞速率時(shí)，代謝速率受氧傳遞速率控制。
好氧代謝，包括硝化，僅發(fā)生在曝氣池中有剩余氧的地方。從理論上講，剩余的氧約1mg/L是足夠了。有很多人做了研究認(rèn)為，對(duì)于單個(gè)懸浮著的好氧細(xì)菌代謝，溶解氧濃度只要高于0.1-0.3 mg/L，代謝速率就不受溶解氧濃度影響。但是，活性污泥絮體是許許多多個(gè)體集結(jié)在一起的絮狀物質(zhì)，要使內(nèi)部的溶解氧濃度達(dá)到0.1-0.3mg/L，絮體周圍的溶解氧濃度一定要高得多，具體數(shù)值同絮狀體的大小、結(jié)構(gòu)及影響氧擴(kuò)散性能的混和情況有關(guān)。最主要的還是混和情況。從某種意義上講，混和情況決定了絮狀體的大小和結(jié)構(gòu)。因而這個(gè)數(shù)值是和混和情況有關(guān)·的一個(gè)變數(shù)。而混和、充氧都是通過(guò)曝氣設(shè)備來(lái)完成的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索之后，一般認(rèn)為混合液中溶解氧濃度應(yīng)保持在0.5～2mg/L，以保證活性污泥系統(tǒng)正常的運(yùn)行。
過(guò)分的曝氣，雖溶解氧濃度很高，但由于紊動(dòng)過(guò)分劇烈，導(dǎo)致絮狀態(tài)體破裂，使出水濁度升高。特別是對(duì)于耗氧速度不高，而泥齡偏長(zhǎng)的系統(tǒng)，強(qiáng)烈混合使破碎的絮體不能很好的再凝聚。保證絮體很好凝聚的條件是活性物質(zhì)占整個(gè) MLSS的1/3，當(dāng)活性物質(zhì)低于10%時(shí)，絮體很易破碎而不能很好地再凝聚。這些離散的污泥沉淀性能差，往往流失于出流中。原生動(dòng)物也不能去除這些顆粒，因?yàn)樗鄙僭鷦?dòng)物所需的營(yíng)養(yǎng)。過(guò)分的曝氣使這些顆粒有可能積聚在沉淀池的表面，形成深褐色的浮渣。
12.污泥膨脹及其控制
正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥體積指數(shù)SVI在50～150之間；當(dāng)活性污泥不正常時(shí)，污泥就不易沉淀，反映在SVI值升高；旌弦涸1 000mL量筒中沉淀30min后，污泥體積膨脹，上層澄清液減少，這種現(xiàn)象稱為活性污泥膨脹；钚晕勰嗯蛎浭腔钚晕勰喾ǖ睦洗箅y問(wèn)題。因膨脹污泥不易沉淀，容易流失，既降低處理后的出水水質(zhì)，又造成回流污泥量的不足，如不及時(shí)加以控制，就會(huì)使系統(tǒng)中的污泥愈來(lái)愈少，從根本上破壞曝氣池的運(yùn)行。據(jù)上海市的調(diào)查，幾乎所有采用活性污泥法的城市污水廠都曾發(fā)生過(guò)污泥膨脹問(wèn)題。據(jù)前聯(lián)邦德國(guó)斯圖加特大學(xué)給水排水研究所對(duì)數(shù)百個(gè)活性污泥法城市污水廠調(diào)查的結(jié)果表明，有70%以上的污水廠都存在不同程度的污泥膨脹問(wèn)題。
但是，沉降性能惡化并不都是污泥膨脹現(xiàn)象，不應(yīng)混淆。例如，在二沉池中，由于反硝化生成氮?dú)馐刮勰嗌细，或是部分地區(qū)積泥造成厭氧發(fā)酵而上浮等都不屬于我們所討論的污泥膨脹問(wèn)題。膨脹的活性污泥，主要表現(xiàn)在壓縮性能差，沉淀性能不良，這主要表現(xiàn)在SVI值高。而它的處理功能和凈化效果并不差。作為膨脹污泥的SVI限值，目前并不統(tǒng)一。一般認(rèn)為，SVI超過(guò)200，就算污泥膨脹；钚晕勰嗯蛎浛煞譃椋何勰嘀薪z狀菌大量繁殖導(dǎo)致的絲狀菌性膨脹以及并無(wú)大量絲狀菌存在的非絲狀菌性膨脹。絲狀菌性膨脹是最經(jīng)常發(fā)生和最主要的一類膨脹。
（1）絲狀菌性膨脹 這類膨脹是污泥中的絲狀菌過(guò)度增長(zhǎng)繁殖的結(jié)果。活性污泥中的微生物是一個(gè)以細(xì)菌為主的群體。正常的活性污泥是絮花狀物質(zhì)，其骨干是千百個(gè)細(xì)菌結(jié)成的團(tuán)粒，叫菌膠團(tuán)；細(xì)菌的絮凝可能是Zooglc~ ramigera分泌的外酶造成的。在不正常的情況下，活性污泥中菌膠團(tuán)受破壞，而絲狀菌大量出現(xiàn)。膨脹污泥中的絲狀菌，據(jù)荷蘭和前聯(lián)邦德國(guó)學(xué)者的調(diào)查研究，已分離出一百多種，其中常見(jiàn)的有數(shù)十種。根據(jù)上海市污水廠的調(diào)查，主要是以浮游球衣細(xì)菌Sphaerotilusnatans為代表的有鞘細(xì)菌和以絲硫細(xì)菌為代表的硫細(xì)菌。
當(dāng)污泥中有大量絲狀菌時(shí)，大量具有一定強(qiáng)度的絲狀體相互支撐、交錯(cuò)，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成污泥膨脹。
造成污泥絲狀膨脹的主要因素大致為：①污水水質(zhì)。研究結(jié)果表明，污水水質(zhì)是造成污泥膨脹的最主要因素。含溶解性碳水化合物高的污水往往發(fā)生由浮游球衣細(xì)菌引起的絲狀膨脹，含硫化物高的污水往往發(fā)生由硫細(xì)菌引起的絲狀膨脹。污水的水溫和pH值也對(duì)污泥膨脹有明顯的影響。水溫低于1512時(shí)，一般不會(huì)膨脹。pH低時(shí)，容易產(chǎn)生膨脹。
有的研究認(rèn)為，污水中碳、氮、磷的比例對(duì)發(fā)生絲狀膨脹影響很大，氮和磷不足都易發(fā)生絲狀膨脹。但有的研究結(jié)果表明，恰恰是含氮太高促使了污泥膨脹，在試驗(yàn)室的研究也表明，如以葡萄糖和牛肉膏為主配制人工污水進(jìn)行試驗(yàn)，則不論碳、氮、磷的比例是高或低，都會(huì)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的污泥膨脹。②運(yùn)行條件。曝氣池的負(fù)荷和溶解氧濃度都會(huì)影響污泥膨脹。曝氣池中的污泥負(fù)荷（以kg （BOD5）/kg（MLSS）.d計(jì)）較高時(shí)，容易發(fā)生污泥膨脹。曾有人根據(jù)部分城市污水廠的運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)后得出結(jié)論：活性污泥的SVI值與污泥負(fù)荷值密切相關(guān)。負(fù)荷低或高都不易發(fā)生污泥膨脹，而在0.5～1.5kg（BOD5）/kg（MLSS）·d范圍內(nèi)SVI較高（負(fù)荷為1.0時(shí)最嚴(yán)重），甚至導(dǎo)出了SVI與污泥負(fù)荷的關(guān)系公式。但實(shí)踐表明，這樣的結(jié)論是不恰當(dāng)?shù)摹Ｓ绊懳勰嘟z狀膨脹的最主要因素是水質(zhì)而不是污泥負(fù)荷。對(duì)某些污水，不論污泥負(fù)荷較高或較低都會(huì)發(fā)生污泥絲狀膨脹；對(duì)某些污水則相反，都不會(huì)發(fā)生污泥絲狀膨脹。污泥負(fù)荷對(duì)污泥膨脹在一定條件下有一定的影響而無(wú)必然的聯(lián)系。關(guān)于溶解氧濃度的影響，結(jié)論也往往有矛盾。多數(shù)資料表明，溶解氧濃度低時(shí)，容易發(fā)生由浮游球衣細(xì)菌和絲硫細(xì)菌引起的污泥膨脹。但也有資料表明，正是溶解氧濃度高，促進(jìn)了污泥膨脹。我們的試驗(yàn)證實(shí)，對(duì)于含硫化物高的污水（例如已經(jīng)陳腐的污水），不論曝氣池中的溶解氧濃度低或高都會(huì)產(chǎn)生由硫細(xì)菌過(guò)度繁殖引起的污泥膨脹。不過(guò)，在溶解氧低時(shí)，污泥中占優(yōu)勢(shì)的是絲硫菌；在溶解氧高時(shí)，占優(yōu)勢(shì)的是亮發(fā)菌。③工藝方法。研究和調(diào)查表明，完全混合的工藝方法比傳統(tǒng)的推流方式較易發(fā)生污泥膨脹，而間歇運(yùn)行的曝氣池最不容易發(fā)生污泥膨脹；不設(shè)初次沉淀池（設(shè)有沉砂池）的活性污泥法，SVI值較低，不容易發(fā)生污泥膨脹；葉輪式機(jī)械曝氣與鼓風(fēng)曝氣相比，易于發(fā)生絲狀菌性膨脹。射流曝氣的供氧方式可以有效地克服浮游球衣細(xì)菌引起的污泥膨脹。
（2）非絲狀菌性膨脹 發(fā)生污泥非絲狀菌性膨脹時(shí)，與絲狀菌性膨脹相類似，SVI值很高，污泥在沉淀池內(nèi)很難沉淀、壓縮。此時(shí)的處理效率仍很高，上清液也清澈。如將污泥用顯微鏡檢查，則情況就完全不同。在顯微鏡下，看不到絲狀細(xì)菌，即使看到也是數(shù)量極少的短絲狀菌。
經(jīng)研究，非絲狀菌性膨脹污泥含有大量的表面附著水，細(xì)菌外面包有粘度極高的粘性物質(zhì)，這種粘性物質(zhì)是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脫氧核糖等形成的多糖類。
非絲狀菌性膨脹主要發(fā)生在污水水溫較低而污泥負(fù)荷太高時(shí)。微生物的負(fù)荷高，細(xì)菌吸取了大量營(yíng)養(yǎng)物，但由于溫度低，代謝速度較慢，就積貯起大量高粘性的多糖類物質(zhì)。這些多糖類物質(zhì)的積貯，使活性污泥的表面附著水大大增加，使污泥的SVI值很高，形成膨脹污泥。在運(yùn)行中，如發(fā)生污泥膨脹，可針對(duì)膨脹的類型和絲狀菌的特性，采取以下一些抑制的措施，如：①控制曝氣量，使曝氣池中保持適量的溶解氧（不低于1～2mg/L，不超過(guò)4mg/L）；②調(diào)整pH值；③如氮、磷的比例失調(diào)，可適量投加氮化合物和磷化合物；④投加一些化學(xué)藥劑（如鐵鹽凝聚劑、有機(jī)陽(yáng)離子凝聚劑，某些黃泥等惰性物質(zhì)以及漂白粉、液氯等）。但投加藥劑費(fèi)用較貴，停止加藥后又會(huì)恢復(fù)膨脹，而且并不是對(duì)各類膨脹都是有效的；⑤城市污水廠的污水在經(jīng)過(guò)沉砂池后，跳越初沉池，直接進(jìn)入曝氣池。
在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于容易發(fā)生污泥膨脹的污水，可以采取以下一些方法：①減小城市污水廠的初沉池或取消初沉池，增加進(jìn)入曝氣池的污水中懸浮物，可使曝氣池中的污泥濃度明顯增加，污泥沉降性能改善；②兩級(jí)生物處理法，即采用沉砂池--一級(jí)曝氣池--中間沉淀池--二級(jí)曝氣池--二次沉淀池的工藝，或是初次沉淀池--生物膜法處理--曝氣池--二次沉淀池等工藝。這種方法，實(shí)際改變了進(jìn)入后面的曝氣池時(shí)的水質(zhì)，可以有效地防止活性污泥的膨脹；③對(duì)于現(xiàn)有的容易發(fā)生污泥嚴(yán)重膨脹的污水廠，可以在曝氣池的前面部分補(bǔ)充設(shè)置足夠的填料。這樣，既降低了曝氣池的污泥負(fù)荷，又改變了進(jìn)入后面部分曝氣池的水質(zhì)，可以有效地克服活性污泥膨脹；④用氣浮法代替二次沉淀池，可以有效地使整個(gè)處理系統(tǒng)維持正常運(yùn)行。但氣浮法的運(yùn)行費(fèi)用比二次沉淀池高。
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