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　　2.1.3活性污泥增長(zhǎng)曲線

　　1、增長(zhǎng)曲線

　　活性污泥微生物是多菌種混合群體，其生長(zhǎng)規(guī)律比較復(fù)雜，但是也可用其增長(zhǎng)曲線表示一定的規(guī)律。該曲線表達(dá)的是，在溫度和溶解氧等環(huán)境條件滿足微生物的生長(zhǎng)要求，并有一定量初始微生物接種時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一次充分投加后，微生物數(shù)量隨時(shí)間的增殖和衰減規(guī)律。活性污泥增長(zhǎng)速率的變化主要是營(yíng)養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(通常用F/M表示)所致，F(xiàn)/M值也是有機(jī)底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素。根據(jù)微生物的生長(zhǎng)情況，微生物的增殖可以分成以下四個(gè)階段：

　　第一階段：停滯期(適應(yīng)期)

　　本階段是微生物培養(yǎng)的初期，活性污泥微生物沒(méi)有增殖，微生物剛進(jìn)入新的培養(yǎng)環(huán)境中，細(xì)胞中的酶系統(tǒng)開始對(duì)環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。本階段微生物細(xì)胞的特點(diǎn)是：分裂遲緩、代謝活躍、一般數(shù)量不增加但細(xì)胞體積增長(zhǎng)較快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。停滯期對(duì)于后續(xù)微生物功能的發(fā)揮是非常重要的。在實(shí)際應(yīng)用中活性污泥法的啟動(dòng)初期會(huì)遇到這一階段。

　　第二階段：對(duì)數(shù)增殖期

　　本階段營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩，F(xiàn)/M值大于2.2。微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)是：代謝活性最強(qiáng)，組成微生物新細(xì)胞物質(zhì)最快，微生物以最大速率把有機(jī)物氧化和轉(zhuǎn)換成細(xì)胞物質(zhì)。在這種情況下，活性污泥有很高的能量水平，特別表現(xiàn)在其活性很強(qiáng)，吸附有機(jī)物能力強(qiáng)，速度快，另外也因能量水平高，導(dǎo)致活性污泥質(zhì)地松散，絮凝性能不佳。

　　第三階段：減速增殖期

　　在本階段由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗和新細(xì)胞的不斷合成，F(xiàn)/M值降低，培養(yǎng)液中的有機(jī)物已被大量消耗，代謝產(chǎn)物積累過(guò)多，使得細(xì)胞的增殖速度逐漸減慢，活性污泥從對(duì)數(shù)增殖期過(guò)渡到減速增殖期，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，微生物能量水平降低，細(xì)菌開始結(jié)合在一起，活性污泥的絮凝體開始形成，活性開始減弱，凝聚、吸附和沉降性能都有所提升。在此階段，如果再添加有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并排出代謝物，則微生物又可以恢復(fù)到對(duì)數(shù)增殖期，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在減速增殖期。

　　第四階段：內(nèi)源呼吸期

　　經(jīng)過(guò)減速增殖期后，培養(yǎng)液中的有機(jī)物含量繼續(xù)下降，F(xiàn)/M值降到最低并保持一常數(shù)，微生物已不能從其周圍環(huán)境中獲取足夠的能夠滿足自身生理需要的營(yíng)養(yǎng)，并開始分解代謝自身的細(xì)胞物質(zhì)，以維持生命活動(dòng)，活性污泥微生物的增殖便進(jìn)入了內(nèi)源呼吸期。在本期的初期，微生物雖然仍在增殖，但其速率遠(yuǎn)低于自身氧化的消耗，活性污泥減少，在本期中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)幾乎消耗殆盡，能量水平極低，絮凝體形成速率提高，這時(shí)細(xì)菌凝聚性能最強(qiáng)，細(xì)菌處于“饑餓狀態(tài)”，吸附有機(jī)物能力顯著，游離的細(xì)菌被棲息在活性污泥菌膠團(tuán)表面上的原生動(dòng)物所捕食，使處理水的水質(zhì)顯著澄清。

　　2、活性污泥增長(zhǎng)曲線的應(yīng)用

　　營(yíng)養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(即F/M值)的高低影響微生物的代謝，當(dāng)F/M值高時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)過(guò)剩，微生物繁殖快，活力很強(qiáng)，處理污水的能力高，例如在對(duì)數(shù)增殖期就是這種狀況。但是，由于微生物活性高，細(xì)胞之間存在的電斥力大于范德華引力，導(dǎo)致微生物的絮凝和沉淀效果差，出水中所含的有機(jī)物含量高，因此，在污水的生物處理中，為了取得比較穩(wěn)定和高效的有機(jī)物處理效果，一般不選用處于對(duì)數(shù)期的工況條件，而常采用處于減速增殖期或內(nèi)源呼吸期的工況條件。F/M值的高低影響微生物的增殖過(guò)程，影響微生物的絮凝和沉降性能，同時(shí)也影響溶解氧的消耗速度，是非常重要的活性污泥法工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行指標(biāo)。

　　2.1.4活性污泥法的性能指標(biāo)

　　評(píng)價(jià)活性污泥，除了進(jìn)行生物相的觀察外，還使用以下指標(biāo)：

　　1、混合液懸浮固體濃度(MLSS)

　　又稱混合液污泥濃度，它表示的是曝氣池單位容積污水混合液中的活性污泥的濃度，即在單位容積混合液內(nèi)所含有的活性污泥固體物的總重量，單位是mg/L、g/L等。它包括四項(xiàng)總量，即：具有代謝功能的活性微生物群體( );微生物內(nèi)源呼吸、自身氧化的殘留物( );原污水含有的微生物難以降解的有機(jī)物( )以及原污水含有的無(wú)機(jī)物( )等四部分，公式為：

　　MLSS= 工程上往往以它作為相對(duì)計(jì)量活性污泥微生物量的指標(biāo)，在活性污泥法中，通常在2000~4000mg/L的范圍內(nèi)。

　　2、混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)

　　MLVSS是指曝氣池單位容積污泥污水混合液中，所含有機(jī)固體的總重量，包括混合液懸浮固體濃度中的前三項(xiàng)，單位為mg/L、g/L等。一般情況下， MLVSS和MLSS的比值相對(duì)恒定，為0.65~0.85，在以處理生活污水為主的城市污水活性污泥法系統(tǒng)中，其比值約為0.75。

　　3、污泥沉降比(SV)

　　污泥沉降比是指曝氣池混合液在1L量筒中靜置沉淀30min，沉淀污泥與靜置前混合液的體積比。它能及時(shí)地反映出污泥膨脹等異常情況，便于及早查明原因，采取措施。

　　4、污泥容積指數(shù)(SVI)

　　污泥容積指數(shù)是指曝氣池中的混合液靜置30min后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容積，單位為mL/g。SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚沉降性能，一般在50~150左右。若SVI值過(guò)低，說(shuō)明泥粒細(xì)小緊密、無(wú)機(jī)物多，缺乏活性和吸附能力;若SVI值過(guò)高，表明其污泥絮體松散、沉降性能不好，即將膨脹或已經(jīng)膨脹，必須查明原因，并采取措施。

　　例題：測(cè)得曝氣池出口處混合液中活性污泥濃度為2500mg/L，1L混合液經(jīng)30min沉淀后的污泥體積為300 mL，則該曝氣池混合液的污泥沉降比和污泥容積指數(shù)是多少?

　　解：沉降比SV%= 污泥容積指數(shù)SVI= 曝氣池的污泥容積指數(shù)為120(表示指數(shù)時(shí)，單位常省略)，說(shuō)明1g干污泥在沒(méi)烘干前的體積是120mL。“120”這個(gè)數(shù)字也意味著經(jīng)過(guò)30min 沉淀后，從混合液分離出來(lái)的活性污泥是脫水后干污泥的120倍，由此可以推算出活性污泥的固體率為：1/120×100%=0.8%，則污泥的含水率P為

　　5、污泥泥齡( )

　　污泥泥齡，是指曝氣池中活性污泥的總量與每日排放的污泥量之比，它是活性污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，因此有時(shí)也稱為生物固體的平均停留時(shí)間，單位為天。其公式為：

　　式中 是污泥齡(d)，X指混合液懸浮固體濃度(kg/m3)，V指曝氣池的體積(m3)， X指每日排出處理系統(tǒng)的活性污泥量，即曝氣池中每日增長(zhǎng)的活性污泥量，(kg/d)

　　X可用下式計(jì)算：

　　式中， 指剩余污泥的排放量(m3/d)， 是污水流量(m3/d)， 是排放處理出水中懸浮物濃度(kg/m3)，其值與X與相比非常小，可忽略不計(jì)， 是剩余污泥或回流污泥的濃度(kg/m3)，指從二沉池底部排出的污泥濃度，與污泥容積指數(shù)的近似關(guān)系是：

　　常按照設(shè)計(jì)污泥齡來(lái)劃分生物處理負(fù)荷，高負(fù)荷時(shí)為0.2~2.5d，中負(fù)荷時(shí)為5~15d，低負(fù)荷時(shí)為20~30d。

　　6、污泥負(fù)荷和曝氣池容積負(fù)荷

　　⑴污泥負(fù)荷( )

　　在活性污泥法中，有機(jī)物量與活性污泥量的比值，即曝氣池進(jìn)水BOD5污泥負(fù)荷，簡(jiǎn)稱污泥負(fù)荷或食料比(即F/M值)，它表征了曝氣池中的單位重量活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)接受的有機(jī)污染物量，是以進(jìn)水有機(jī)物為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。其公式為

　　式中 是曝氣池進(jìn)水BOD5污泥負(fù)荷，Q是曝氣池的設(shè)計(jì)流量，S0是曝氣池進(jìn)水BOD5濃度，XV是曝氣池內(nèi)混合懸浮固體平均濃度，V是曝氣池的容積。

　　實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意污泥負(fù)荷的選擇，并非越大越好，取值還應(yīng)考慮進(jìn)水負(fù)荷下BOD5的去除率，只有在同一有機(jī)物去除率的條件下比較污泥負(fù)荷的大小才有實(shí)際意義。

　　有時(shí)為了使用方便，常采用以有機(jī)物去除為基礎(chǔ)的污泥負(fù)荷 ，用下式表示

　　式中， 指曝氣池出水BOD5濃度

　　它表征了曝氣池中的單位重量活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)降解的有機(jī)污泥物量。

　　⑵容積負(fù)荷( )

　　是指曝氣池單位容積在單位時(shí)間內(nèi)接受有機(jī)污染物量，公式為：

　　容積負(fù)荷是以有機(jī)物供給為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。同樣，為了使用方便，也常常采用以有機(jī)物去除為基礎(chǔ)的容積負(fù)荷 ，公式為：

　　它表征了曝氣池單位容積在單位時(shí)間內(nèi)能降解的有機(jī)污染物量。