2.1.3活性污泥增長曲線

　　1、增長曲線

　　活性污泥微生物是多菌種混合群體，其生長規律比較復雜，但是也可用其增長曲線表示一定的規律。該曲線表達的是，在溫度和溶解氧等環境條件滿足微生物的生長要求，并有一定量初始微生物接種時，營養物質一次充分投加后，微生物數量隨時間的增殖和衰減規律。活性污泥增長速率的變化主要是營養物或有機物與微生物比值(通常用F/M表示)所致，F/M值也是有機底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素。根據微生物的生長情況，微生物的增殖可以分成以下四個階段：

　　第一階段：停滯期(適應期)

　　本階段是微生物培養的初期，活性污泥微生物沒有增殖，微生物剛進入新的培養環境中，細胞中的酶系統開始對環境進行適應。本階段微生物細胞的特點是：分裂遲緩、代謝活躍、一般數量不增加但細胞體積增長較快，易產生誘導酶。停滯期對于后續微生物功能的發揮是非常重要的。在實際應用中活性污泥法的啟動初期會遇到這一階段。

　　第二階段：對數增殖期

　　本階段營養物質過剩，F/M值大于2.2。微生物的生長特點是：代謝活性最強，組成微生物新細胞物質最快，微生物以最大速率把有機物氧化和轉換成細胞物質。在這種情況下，活性污泥有很高的能量水平，特別表現在其活性很強，吸附有機物能力強，速度快，另外也因能量水平高，導致活性污泥質地松散，絮凝性能不佳。

　　第三階段：減速增殖期

　　在本階段由于營養物質不斷消耗和新細胞的不斷合成，F/M值降低，培養液中的有機物已被大量消耗，代謝產物積累過多，使得細胞的增殖速度逐漸減慢，活性污泥從對數增殖期過渡到減速增殖期，營養物質減少，微生物能量水平降低，細菌開始結合在一起，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，如果再添加有機物等營養物質，并排出代謝物，則微生物又可以恢復到對數增殖期，大多數活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在減速增殖期。

　　第四階段：內源呼吸期

　　經過減速增殖期后，培養液中的有機物含量繼續下降，F/M值降到最低并保持一常數，微生物已不能從其周圍環境中獲取足夠的能夠滿足自身生理需要的營養，并開始分解代謝自身的細胞物質，以維持生命活動，活性污泥微生物的增殖便進入了內源呼吸期。在本期的初期，微生物雖然仍在增殖，但其速率遠低于自身氧化的消耗，活性污泥減少，在本期中，營養物質幾乎消耗殆盡，能量水平極低，絮凝體形成速率提高，這時細菌凝聚性能最強，細菌處于“饑餓狀態”，吸附有機物能力顯著，游離的細菌被棲息在活性污泥菌膠團表面上的原生動物所捕食，使處理水的水質顯著澄清。

　　2、活性污泥增長曲線的應用

　　營養物或有機物與微生物比值(即F/M值)的高低影響微生物的代謝，當F/M值高時，營養物質相對過剩，微生物繁殖快，活力很強，處理污水的能力高，例如在對數增殖期就是這種狀況。但是，由于微生物活性高，細胞之間存在的電斥力大于范德華引力，導致微生物的絮凝和沉淀效果差，出水中所含的有機物含量高，因此，在污水的生物處理中，為了取得比較穩定和高效的有機物處理效果，一般不選用處于對數期的工況條件，而常采用處于減速增殖期或內源呼吸期的工況條件。F/M值的高低影響微生物的增殖過程，影響微生物的絮凝和沉降性能，同時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計和運行指標。

　　2.1.4活性污泥法的性能指標

　　評價活性污泥，除了進行生物相的觀察外，還使用以下指標：

　　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。它包括四項總量，即：具有代謝功能的活性微生物群體( );微生物內源呼吸、自身氧化的殘留物( );原污水含有的微生物難以降解的有機物( )以及原污水含有的無機物( )等四部分，公式為：

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

　　2、混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS)

　　MLVSS是指曝氣池單位容積污泥污水混合液中，所含有機固體的總重量，包括混合液懸浮固體濃度中的前三項，單位為mg/L、g/L等。一般情況下， MLVSS和MLSS的比值相對恒定，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(SVI)

　　污泥容積指數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值過低，說明泥粒細小緊密、無機物多，缺乏活性和吸附能力;若SVI值過高，表明其污泥絮體松散、沉降性能不好，即將膨脹或已經膨脹，必須查明原因，并采取措施。

　　例題：測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是多少?

　　解：沉降比SV%= 污泥容積指數SVI= 曝氣池的污泥容積指數為120(表示指數時，單位常省略)，說明1g干污泥在沒烘干前的體積是120mL。“120”這個數字也意味著經過30min 沉淀后，從混合液分離出來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間，因此有時也稱為生物固體的平均停留時間，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的活性污泥量，即曝氣池中每日增長的活性污泥量，(kg/d)

　　X可用下式計算：

　　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， 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，與污泥容積指數的近似關系是：

　　常按照設計污泥齡來劃分生物處理負荷，高負荷時為0.2~2.5d，中負荷時為5~15d，低負荷時為20~30d。

　　6、污泥負荷和曝氣池容積負荷

　　⑴污泥負荷( )

　　在活性污泥法中，有機物量與活性污泥量的比值，即曝氣池進水BOD5污泥負荷，簡稱污泥負荷或食料比(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間內接受的有機污染物量，是以進水有機物為基礎進行計算的。其公式為

　　式中 是曝氣池進水BOD5污泥負荷，Q是曝氣池的設計流量，S0是曝氣池進水BOD5濃度，XV是曝氣池內混合懸浮固體平均濃度，V是曝氣池的容積。

　　實際應用中應注意污泥負荷的選擇，并非越大越好，取值還應考慮進水負荷下BOD5的去除率，只有在同一有機物去除率的條件下比較污泥負荷的大小才有實際意義。

　　有時為了使用方便，常采用以有機物去除為基礎的污泥負荷 ，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間內降解的有機污泥物量。

　　⑵容積負荷( )

　　是指曝氣池單位容積在單位時間內接受有機污染物量，公式為：

　　容積負荷是以有機物供給為基礎進行計算的。同樣，為了使用方便，也常常采用以有機物去除為基礎的容積負荷 ，公式為：

　　它表征了曝氣池單位容積在單位時間內能降解的有機污染物量。

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