活性污泥与水质净化效果
1 污水处理过程
1.1 概述
污水处理就是采用各种技术手段和设施将污水中污染物质分离、降解，转化为无害物质，使水质得到净化，并回收利用。
污水处理技术按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类；按处理程度划分，可分为一级处理、二级处理和三级处理，三级处理有时又称深度处理。
城市污水处理工艺目前多采用了以活性污泥法为核心的二级生物化学处理。
1.2 生化处理工艺
生物化学处理（生物处理）是利用微生物及菌类降解污水中有机污染物的一种工艺。这种工艺由于其运行费用低，处理效果好，目前已广泛应用。
1.2.1常见污水处理工艺过程及设备
活性污泥工艺是传统活性污泥法及其各种变形。常见的处理方法有氧化沟工艺、A-B工艺、SBR工艺、A-O及A-A-O工艺等。
常见的氧化沟有帕斯韦尔氧化沟、卡罗塞氧化沟和奥尔伯氧化沟，三沟式氧化沟和DE型氧化沟，以及一体化氧化沟。在水流流态和曝气装置上的特殊性，其处理流程简单、构筑较少，一般情况下不建初沉池和污泥消化池。福州经济技术开发区污水处理厂采用帕斯韦尔氧化沟工艺，日处理污水3.0万吨。处理效果好且运行稳定可靠，不仅可满足BOD5和SS的排放标准，在运行方式合适时还能实现脱氮和除磷。同时具有较强冲击负荷承受能力，剩余污泥量少，污泥稳定程度好，机械设备少等优点。
1.2.2 活性污泥在生化处理过程中作用
好氧活性污泥法是利用悬浮生长型好氧微生物氧化分解污水中有机物质的生物处理技术，污水净化过程可分为吸附、代谢、固液分离三个阶段，由曝气池、曝气系统、污泥回流系统及二次沉淀池等组成。污水与二次沉淀池回流的活性污泥同时进入曝气池，在曝气系统作用下，混合液有足够的溶解氧并使活性污泥与污水充分接触，污水中的胶体状和溶解性有机物被活性污泥吸附、氧化分解，从而得到净化。在二次沉淀池中，活性污泥与被活性污泥净化的污水分离，澄清后的达标水排出系统；微生物氧化分解有机物的同时，自身也得以繁殖增长，即活性污泥量会不断增加，为使曝气池混合液中活性污泥浓度保持在一个较为恒定的范围内，需要及时将部分活性污泥作为剩余污泥排出系统。
1.3 活性污泥
1.3.1 活性污泥的组成
活性污泥是由好氧菌为主体的微生物群体形成的絮状绒粒，绒粒直径一般为0.2-0.5mm，含水率一般为99.2%-99.8%，由有机物和无机物两部分组成，组成比例因处理污水的不同而有差异，一般有机成分占75%-85%，无机成分占15%-25%，有机成分主要由生长在其中的微生物组成，同时还吸附着微生物的代谢产物及被处理污水中含有的各种有机和无机污染物。
好氧活性污泥中的微生物主要由细菌组成，此外还有原生动物和后生动物等微型动物。菌胶团是活性污泥的结构和功能中心，是活性污泥的基本组分，一旦菌胶团受到破坏，活性污泥对有机物的去除率将明显下降或丧失。丝状细菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥的重要组成部分，它具有很强的氧化分解有机物的能力。
1.3.2 活性污泥的功能
活性污泥的功能是去除污水中的有机污染物质。即去除污水中悬浮态、胶态及溶解态的有机污染物。从水质指标上看，有效降低污水中的BOD5、COD、悬浮物。
氧化沟低污泥负荷（F/M）的活性污泥还能进行高效率的硝化，大部分NH3-N转化成NO3--N。
1.3.3 活性污泥的驯化
活性污泥驯化过程是利用污水中的污染物质即碳源培养活性污泥，使活性污泥适应所处理污水的水质特点。活性污泥的培养和驯化过程，必须满足微生物生命活动所需的溶解氧和营养平衡，同时水温、PH值要在最适合范围内，有机负荷要由低而高、循序渐进。微生物数量逐渐增加，最终使活性污泥达到正常的浓度、负荷，并有好的处理效果。
1.4 水质净化的过程机理
1.4.1污水通过活性污泥的吸附作用而得到净化。活性污泥具有极大的比表面积，内源呼吸阶段的活性污泥处于“饥饿”状态，其活性和吸附能力量强。
1.4.2代谢阶段，也称氧化阶段，继续分解氧化前阶段被吸附和吸收的有机物，同时继续吸附一些残余的溶解物质。
1.4.3泥水分离阶段，活性污泥在二沉池中进行沉淀分离。微生物合成代谢的产物是新生的微生物细胞，必须使混合液经过沉淀处理，将活性污泥与净化水进行分离，实现污水的完全净化处理。同时将与合成代谢生成的新微生物细胞等量的原有老化微生物以剩余污泥的方式排出活性污泥处理系统，达到彻底净化污水的目的。
2. 水质净化过程
2.1 氧化沟运行特征
(1)有机负荷率低，F/M通常在0.05-0.15之间。
(2)水力停留时间长。
(3)泥龄长，一般大于15天，排泥量少。
(4)较耐冲击负荷。
(5)既具有延时曝气的完全氧化作用（硝化），又具有厌氧好氧(A/O)的脱氮作用。
(6)氧化沟内曝气器间隔排列，形成了相对的厌氧区和缺氧区。
2.2 工艺参数选择
开发区污水处理厂进水流量Q为30000m3/d，沟中污泥浓度MLSS为3000mg/L，污泥负荷为0.125kg BOD5/kgmlss.d,污泥龄15d，回流化100%，氧化沟有效水深4.0m，共两座，单沟容积4652m3。
2.3工艺参数变化曲线
经过多年的生产运行实践、水质化验、数据分析，观察和分析工作曲线发现，SV30、MLSS的大小直接关系到SVI变化，SVI能够反映氧化沟中混合液的浓度、活性污泥的疏散程度和凝聚、沉降的性能。从历年的测试数据中发现，污泥指数SVI过低，会导致污泥颗粒细小紧密，颜色偏黑，此时污泥中无机物质多，污泥缺乏活性和吸附能力；SVI过高，污泥颜色较浅，很蓬松，污泥不易沉降，易发生污泥膨胀。
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从图1、图2可以看出，当F/M介于0.05-0.16 kg BOD5/kgmlss.d之间时，SV介于20-30%，SVI介于50-130ml/g之间，沉降性能较好，MLSS在设计值3000mg/L上下波动，通过镜检观察，菌胶团紧密，微生物相丰富，轮虫、等枝虫、小口钟虫等均有出现。
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从表1、图3可以看出，开发区污水处理厂在2004年运行状况良好的情况下，第二季度、第三季度处理效果更佳。这里得分析其中的几个因素。
2.5影响水质净化因素
2.5.1污水水质指标变化因素
开发区工业企业多，进水中工业废水比例偏大，时常带有大量油脂、废机油，短时间内过量有机物，有时含酸、含毒等物质，这些都会对污水厂处理过程造成影响，导致超负荷运行，氧化沟充氧不足，严重的会导致整个生物处理失效。发现进水异常情况时，应及早采取措施，调整工艺运行参数。
2.5.2工艺参数影响因素
活性污泥的有机负荷F/M，它直接影响活性污泥增长速率，有机污染物的去除效率，氧的利用率以及污泥的沉降性能。开发区污水厂的F/M最佳范围在0.05-0.16 kgBOD5 /kgMLSS.D
混合液溶解氧是影响活性污泥微生物最关键的因素，氧化沟混合液中必须有足够的溶解氧，如果溶解氧浓度过低，好氧微生物的代谢活动就会下降，活性污泥会发黑发臭，进而使其处理污染物能力受到影响。而且溶解氧过低，易于滋生丝状菌，产生污泥膨胀，影响出水水质。污水厂的运行经验，氧化沟出口混合液中溶解氧浓度保持在2-4mg/L，就能使活性污泥具有良好的净化功能。
温度对活性污泥工艺有很大影响。适宜的温度，微生物生长快，新陈代谢旺盛；反之则增长缓慢，微生物生长受到抑制。从水质监测数据可以看出，每年的第二季度和第三季度，当污水温度介于20-30℃之间时，BOD5去除率91%-94.8%，BOD5去除率达90%，SS去除率91%-93.8%，污水处理效果显著。
2.5.3人为操作影响因素
污水处理厂的运行和管理要靠厂技术人员和操作工去完成。操作工的操作技能和思想波动也会影响处理效果。特别是格栅、沉砂池等预处理单元的操作。比如格栅的浮渣太多没有及时清除，进入二沉池将使浮渣增加，挂在出水堰板上影响出水的均匀和出水水质；沉砂池没有及时吸砂，砂粒进入曝气池，在池底沉积，减少了氧化沟的有效容积，影响处理效果。
2.5.4自然条件影响因素
开发区是在吹沙造地上建成的，管网会受到闽江潮夕的影响，在涨潮时，会出现江水倒灌现象，影响污水厂进水水质。风力也影响处理效果，风力较大时，二沉池的出水堰板顺风方向出水量较大，使堰板溢流负荷增加，出水SS超标。
3.提高水质净化效果途径
3.1 及时调整工艺参数
入流的F/M通过污水泵来控制，根据进水浓度来确定开机台数和流量大小。
污泥回流系统的控制，按照氧化沟沉降比来调节回流比，控制SV在20%-30%之间，同时用测氧化沟MLSS浓度来校核，保持氧化沟MLSS在2000-3000mg/L.
剩余污泥的排放是提高处理效果的很重要措施，通过排泥量的调节，可以改变活性污泥中微生物种类和增长速度，可以改变需氧量，改善污泥的沉降性能，因而可以改变系统的功能。当入流水质水量及环境因素发生波动，活性污泥的工艺状态也将随之变化，因而处理效果不稳定。通过排泥量调节，可以克服以上波动或变化，保持处理效果的稳定。
3.2 强化活性污泥活性
经常观察活性污泥的生物相，微型动物种类和数量，即指示生物与污水处理系统的运转情况有直接或间接的关系，观察生物相指导污水生化处理过程。观察指示生物的变化和活性，直接关系处理效果。
指示生物中以钟虫、楯纤虫、漫游虫、累枝虫为主。当发现单个钟虫活跃，其体内的食物泡都能清晰地观察到时，说明活性污泥溶解氧充足，污水处理程度高。钟虫不活跃或显得很呆滞时，往往说明曝气池供氧不足，应增加曝气台数，如果出现钟虫等原生动物大量死亡，则说明曝气池内有毒物质进入量过多，造成了活性污泥的中毒。
进水中有毒物质排入、PH值及污泥负荷突变、溶解氧异常等都会影响到污泥中微生物的活性。当曝气池受到高负荷冲击时，可能在短时间内就引起氧化沟内溶解氧的极度下降，而且进入沟内的营养物质突然增加，改变了菌胶团的生存条件。遇到这种情况，适当减小进水水量，这样就减少了进入曝气池的营养物质总量。此时要加大曝气量，提高氧化沟内的溶解氧浓度。这种调节一定要及时，以最大限度地减轻冲击负荷的影响。
3.3 提高操作者素质
更好地发挥污水处理设施的作用，强化管理，提高操作者的素质是关键。污水处理系统运行管理，各运行岗位要做到“四懂四会”，即：懂污水处理基本知识，懂厂内构筑物的作用和管理方法，懂厂内管道分布和使用方法，懂经济技术指标含义与计算方法、化验指标的含义及应用，会合理配气配泥，会合理调度空气，会正确回流与排放污泥，会排除运行中的故障。根据运行管理人员的实际状况及特点，分阶段进行职业技能培训，使运行管理人员在业务知识和能力上进一步提高，保证污水处理系统高效低耗完成净化处理过程，以达到理想的环境效益、经济效益和社会效益。
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