活性污泥系统运行状况知识培训.doc

第一部分 废水生物处理系统运行状况的评价
好氧生化处理是由活性污泥中的微生物，在有氧存在的条件下 将废水中的有机污染物氧化、分解、转化成CO2、NH4+-N、NOX－N，PO43+，SO42+等后随出水排放的过程。
活性污泥中的微生物是凝聚、吸附、氧化分解废水中有机物的主力军，提高处理系统的效率．都与改善污泥性状、提高污泥微生物的活性有关。因此 必须经常检查与观察活性污泥中微生物的组成与活动状况。如污泥的沉降性能差，将影响二沉池中泥水分离的效率。而运行中的异常情况（如工业废水中有毒成分的突增 进水pH值突变、污泥负荷突变、溶解氧异常等），也首先会影响到污泥中微生物的种类、数量和活性。
同常规的化学测定一样，对活性污泥的观察可得知曝气系统的运行状况。在发现异常现象时、可及时追查进水或管理中的问题，清除隐患，保证处理设施的正常高效运行。
活性污泥外观呈棉絮状，亦称为絮粒或绒粒，正常的活性污泥沉降性能良好。在显微镜下可发现每个絮粒是由成千上万个细菌、少量微型动物及部分无机杂质组成，有时污泥中还可出现真菌、藻类等生物。
我们可定期对生物处理系统巡视，考查曝气池、沉淀池运行的情况；运用各种手段和方法了解活性污泥和生物膜的性能；借助显微镜观察活性污泥的结构和生物种群的组成；此外还可通过对水质的化学测定来了解废水生物处理系统的运行状况。在系统正常运行时应保持合适的运行参数和操作管理条件，使之长期达标运行；在发现异常现象时，应找出症结所在，及时加以调整，使之早日恢复。
1、巡回检查
操作管理人员每班需数次定时登上处理装置观察、了解系统运行的状况，即为巡视，其主要观察内容如下。
（1）色、嗅 正常运行的城市污水厂及无发色物质的工业废水处理系统，活性污泥一般是黄褐色。在曝气池溶解氧不足时，厌氧微生物会相应滋生，含硫有机物在厌氧时分解释放出 H2S，污泥发黑、发臭。当曝气池溶解氧过高或进水过淡，负荷过低时，污泥中微生物可因缺乏营养而自身氧化，污泥色泽转淡。良好的新鲜活性污泥略带有泥土味。
（2）二沉池观察与污泥性状 活性污泥性状的好坏可从二沉池及后面述及的曝气池的运行状况中显示出来，因此管理中应加强对现场的巡视，定时对活性污泥处理系统进行观察。二沉池的液面状态与整个系统的运行正常与否有密切关系。在巡视二沉池时 应注意观察二沉池液面的高低，上清液透明程度及漂泥的有无、漂泥泥粒的大小等。
上清液清澈透明说明运行正常，污泥性状良好；上清液混浊说明负荷过高，污泥对有机物氧化、分解不彻底；泥面上升、SVI高，说明污泥膨胀，污泥沉降性差；污泥成层上浮说明污泥中毒；大块污泥上浮说明沉淀池局部厌氧，导致该处污泥腐败；细小污泥漂泥，说明水温过高、C/N不适、营养不足等原因导致污泥解絮。
（3）曝气池观察与污泥性状 在巡视曝气池时．应注意观察曝气池液面翻腾情况，曝气池中间若见有成团气泡上升，即表示液面下曝气管道或气孔有堵塞，应予以清洁或更换；若液面翻腾不均匀，说明有死角，尤应注意四角有无积泥。此外还应注意气泡的性状。
①气泡量的多少 在污泥负荷适当、运行正常时，泡沫量较少，泡沫外观呈新鲜的乳白色泡沫。污泥负荷过高、本质变化时，泡沫量往往增多，如污泥泥龄过短或废水中含多量洗涤剂时即会出现大量泡沫。
（2）泡沫的色泽 泡沫呈白色、且泡沫量增多，说明水中洗涤剂量较多；泡沫呈茶色、灰色，表示污泥泥龄太长或污泥被打碎、吸附在气泡上所致，这时应增加排泥量。气泡出现其他颜色时，则往往表示是吸附了废水中染料等类发色物质的结果。
③气泡的粘性 用手沾一些气泡，检查是否容易破碎。在负荷过高、有机物分解不完全时气泡较粘，不易破碎。
2、污泥性状
在废水生物处理中，我们除了要求活性污泥（及生物膜）有很强的活性、具有很强的氧化分解有机物的能力外，还要求具有良好的沉降凝聚性能，以使它在二沉池中能很快和彻底地进行 “泥”（污泥）、“水”（出水）分离。我们可通过下述方法来判断污泥的这一性状。
（l）污泥沉降体积（SV30） SV30是指曝气池混合液静止沉降30分钟后，污泥所占的体积。它是测定污泥沉降性能最为简便的方法。SV30的体积越小， 污泥沉降性能越好，城市污水厂 SV30常在15％一30％左右.SV30应采用1000ml量筒来测定,也有的用100ml量筒, 因其直径较小,对污泥的沉降有阻滞效应，SV30值将偏高.
有的学者建议采用SV5,即5min的污泥沉降体积来判断污泥的沉降性能。因在5min时,沉降性能不同的污泥，其体积差异最大,且可节省测定时间。
有条件的还可测定污泥的成层沉降速率ZSV．污泥在每小时数转的缓慢搅拌下沉淀，然后测定污泥界面沉降的速率。这一测定能准确地反映污泥在二沉池中沉降的实际状况。
据报道，SV30值与污泥浓度、污泥絮体颗粒大小、污泥絮粒性状等因素有关。
对同一类污泥，其浓度越高，SV30值也越大。有时我们发现二沉池污泥泥面偏高，又未见其他异常现象，这很可能是污泥增长速率较高，而排放剩余污泥量较少，造成污泥浓度过高所致。
絮体颗粒大小对污泥沉降体积的影响见图。
从图中可见，絮粒大小不一的三种污泥 最初沉降速率差异较大，絮粒大的污泥，沉降较快，絮粒小的污泥a沉降慢，但三者最终SV30相似。这是因为在污泥沉降过程中絮粒不断地凝聚和压缩，小颗粒污泥互相碰撞，凝聚成大颗粒污泥，最终压缩相连成大的绒团，成层下降。因此 对其他性状及条件相同但絮粒大小不一的污泥，其最终沉降体积应趋于相同。
按污泥絮粒平均直径的大小将污泥分成三个等级。
大粒污泥：絮粒平均直径大于500μm。
中粒污泥：絮粒平均直径在150－500μm之间。
小粒污泥：絮粒平均直径小于150μm。
在进行污泥沉降试验时 有时会发现污泥沉降界面不清的现象，这是因为污泥中絮粒大小差异悬殊所致，大絮粒迅速下降,细小絮粒沉降慢,形成一个非连续层。这种情况在污泥短期缺乏营养或由于污泥中毒而造成部分解絮时，尤为明显。
污泥絮粒性状，是指污泥絮粒的形状、结构、紧密度及污泥中丝状菌的数量。絮粒中的细菌排列紧密，絮粒边缘与外部悬液界限清晰的称为紧密的絮粒，边缘界线不清的称为疏松的絮粒。在实践中大量观察到圆形封闭、紧密的絮粒相互间易于凝聚和压缩，其沉降性能良好，反之，则沉降性能差。
丝状细菌数量与污泥沉降性能的关系，早为国内外学者所重视。判断污泥中丝状菌数量的多少有两种方法：其一是将污泥稀释涂片染色后，在显微镜下用目测尺测量其总长度，此法较麻烦，技术要求高，但较为精确；其二是在显微镜下观察，目视评价、我们采用后一种方法，根据活性污泥中丝状细菌与菌胶团细菌的比例，将丝状菌的数量分成五个等级。
0级：污泥中几乎无丝状菌存在。
+ 级：污泥中存在少量丝状菌。
+ 级；存在中等数量的丝状细菌，但总量尚少于菌胶团细菌。
+ + 级：存在大量丝状细菌，总量与菌胶团细菌大致相等。
+++ 级：污泥絮粒以丝状细菌为骨架 数量大于菌胶团细菌。
大量观察业已证实，污泥中丝状菌数量越多，其沉降性能越差，这与丝状细菌比表面积大这一物理性状有关。上述0---士 级丝状细菌的活性污泥，可在二沉池中形成一层致密的网状污泥层，粘附沉降速率较慢的细小泥粒，共同形成较大的絮粒一起下沉，故出水清澈，悬浮固体极少。当丝状菌达++级以上时，大量丝状菌从絮粒中到处伸展，往往组成“刺毛球”状的活性污泥骨架。这些伸向絮粒外部的无数“触手”阻碍了絮粒间的压缩，使污泥SV值升高，严重时SV30接近100％，最终导致污泥膨胀，使污泥在二沉池大量流失，因此在管理中，当发现污泥中丝状菌达4级时，即应注意其数量的动态变化，若有继续增多的趋势，必须采取适当措施予以克服。此外，丝状细菌的形态对沉降亦有一定的影响，长而直的丝状菌对污泥沉降压缩的阻力更大，污泥更难于沉降。
（2）污泥体积指数SVI SVI系指曝气池中活性污泥混合液经30min沉降后，lg污泥所占的污泥层体积（以毫升计）。在SVI的概念中排除了污泥浓度对沉降体积的影响，反映了活性污泥的松散程度，是判断污泥沉降浓缩性能的一个常用参数。一般认为SVI小于100—150ml／g MLSS时,污泥沉降良好；SVI大于200ml／gMLSS时，污泥膨胀 沉降性能差。
污泥絮粒的大小与污泥的性状能影响SVI值，其关系与 SV30相似。图6-15 示丝状菌数量对SVI值的影响。此外，污泥负荷（F／M）对SVI也往往有较大的影响。Pipes在综合了32家城市污水厂、94组运行数据后，发现F/M对SVI的影响如图6-16所示。
MCkinny及Mulder认为，活性污泥以絮状胶团形式存在是微生物在低营养条件下所表现的一种特性。图6-16中污泥负荷在0.2-0.4kgBOD/(kgMLSS.d)的范围内正符合这一营养条件，此时所有样品的SVI均较低。在污泥负荷过高时，微生物营养丰富，使游离细菌生长良好，絮凝的菌胶团细菌也趋于解絮成单个游离菌，以增大同周围环境的接触表面，结果使污泥结构松散，絮粒变小，沉降性能差。图6-4中，F／M＞0.5时，在有的处理系统中，SVI值迅速上升。
在F／M过低时 微生物营养条件差，可因两种情况出现SVI值上升：其一是丝状菌过多造成污泥结构松散，沉降性能差。在污泥中两大类细菌的竞争过程中，比表面积大，耐低营养的丝状菌生长速率可高于菌胶团细菌，并在污泥中逐渐占优势，造成SVI值上升。其二是产生微小污泥，但与前者不会同时存在。根据菌胶团形成机理学说的解释，菌胶团细菌由菌体外大量荚膜类胶体基质或纤维素类纤维粘合在一起，在污泥F／M低时，菌胶团细菌体外的多糖类基质可被细菌作为营养利用，结果使絮体结构松散，絮粒变小，SVI值升高。
（3） 混合液悬浮物浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮物浓度（MLVSS）
MLSS指曝气池中单位体积活性污泥混合液中悬浮物的重量，有时也称之为污泥浓度。MLSS的大小间接反映了混合液中所含微生物的量。除MLSS外，有时也以混合液中挥发性悬浮物（MLVSS）来表示污泥浓度，这样可避免污泥中惰性物质的影响，更能反映污泥的活性。对某一特定的废水和处理系统，活性污泥中微生物在悬浮物中所占的比例相对稳定，因此可认为用MLSS浓度的方法同用MLVSS浓度的方法具有同样的价值。
目前，不少污水处理厂根据曝气池中混合液的污泥浓度来控制系统的运行，若MLSS或MLVSS不断增高，表明污泥增长过快，排泥量过少。
在生产实践中，适当维持高的污泥浓度，可减少曝气时间，有利于提高净化效率，尤其在处理有毒、难以生物降解或负荷变化大的废水时，可使系统耐受高的毒物浓度或冲击负荷，保证系统正常而稳定地运行。
但污泥浓度过高时，会改变混合液的粘滞度，由于扩散阻力的原因，氧的吸收率会下降。试验表明，污泥浓度每增加 lg／L，污泥氧吸收率下降3％～4％，结果使污泥需氧量增加、能耗上升。污泥浓度高还会增加二沉池的负担，如不能适应将会造成跑泥现象。对浓度低的废水，污泥浓度高会造成负荷过低，使微生物生长不良，处理效果反而受到影响。
（4）污泥灰分 污泥中的各种无机物质，属污泥灰分，即MLSS与MLVSS的差值，其量可占污泥干重的10％～50％。
如曝气池进水中悬浮杂质较多，盐度较高或污泥泥龄较长，污泥中灰分所占比例亦较大。成形的无机颗粒折光性较强，借助显微镜很易找到它的踪迹。运行中发现污泥灰分在短期内显著上升时，须检查沉砂池及初沉池运行是否正常。
污泥中灰分的存在有利于改善污泥的沉降性能。但它无活性作用，数量偏多不利于处理效果的提高，且增加了无效的提升、回流等能耗。
（5）出水悬浮物（ESS） ESS指单位体积出水中悬浮物的重量。ESS值的大小是活性污泥系统运行状况及污泥性状的一个重要的指标。
Pipes在统计了77个城市污水处理厂的运行数据后指出，ESS值与出水BOD存在如图6－17的关系。
ESS的多少与污泥絮粒大小、丝状菌数量等有关。此外ESS偏高还同管理上的不善导致污泥性状恶化有关，如溶解氧不足、进水PH值及有毒物质超标、回流污泥过量等。当ESS＞30mg/L时，表明悬浮物流失过多，这时应寻找原因，采取对策，加以纠正。
（6）污泥的可滤性 可滤性是指污泥混合液在滤纸上的过滤性能。我们发现，凡结构紧密、沉降性能好的污泥，滤速快。凡解絮的、老化的污泥，滤速甚慢。
(7）污泥的耗氧速率（OUR）OUR指单位重量的活性污泥在单位时间内的耗氧量，其单位为mgO2／（gMLSS.h）或mg O2／（gMLVSS.h）。OUR是衡量污泥活性的重要参数。OUR的数值同污泥的泥龄及基质的生物氧化难易程度有关。活性污泥OUR值的测定在废水生物处理中可用于以下两点。
①控制排放污泥的数量 在正常运行时，只要废水水量和浓度，亦即污泥的负荷无大的变动，OUR值亦应稳定。若排泥数量过多，可导致泥龄过短，结果OUR上升，我们可据此来控制剩余污泥的合理排放量。
②防止污泥中毒 当活性污泥系统中毒物浓度突然增加时，污泥的微生物即受抑制，OUR迅速下降（见图6－18），我们可据此用于系统的自动报警装置。
（8）难分离的活性污泥 根据对量筒内活性污泥混合液的沉降状态和二沉池的水面及出水堰的观察，就可以了解到污泥的大致沉降特性，对包括膨胀污泥在内的、难于沉降的活性污泥可作如下分类。
①膨胀污泥 作为活性污泥沉降絮凝的指标，可测定污泥体积指数（SVI），或测定污泥的沉降曲线。一般规定，污泥体积指数（SVI）在 200ml／g以上，而且量筒内污泥层的浓度从5g／L起变为压密相的污泥称为膨胀污泥。如把这种污泥放在量筒内进行沉淀时，就会产生明显的泥水界面，并在上部形成澄清的处理水。所以，二沉池设计得合理，而且管理得当，则可获得比正常活性污泥更好的出水水质。这种污泥有两种，一种是由丝状菌形成的，另一种是由非丝状菌形成的。
②上升污泥 在30min沉降试验的测定时间内，沉淀良好并进行压缩，但此后数小时内又上升的污泥称为上升污泥。如用棒搅拌对上升污泥加以破坏立即再次沉淀。这种现象是由于已进行硝化作用的污泥混合液进入沉淀池后产生了反硝化作用，并在反硝化过程中产生的氮气附着在污泥上而使其上浮所引起的。在发生这种现象时，只要降低溶解氧的浓度，控制硝化过程的发生即可。
③腐化污泥 有时候，虽然没有发生硝化与反硝化过程，但沉淀下去的污泥再次上浮，则称为腐化污泥。一般这种漂浮现象是经过约10h之后才发生的。当然，浮上来的污泥还要再沉淀下去。这种现象是因为已经沉淀的污泥变成厌氧状态，并产生硫化氢、二氧化碳和甲烷、氢气等气体，结果这些气体将污泥推向表层而发生的。这时在沉淀池内可以看到黑色的浮渣。防止的方法是设计沉淀池时，要注意不要有“死区”。万一产生了浮渣时，必须设置撇渣板，消灭“死区”，改进刮泥机。
④过度曝气污泥 所谓过度曝气污泥是由于曝气使细小的气泡粘附于活性污泥絮体上而出现的一种现象。这一现象在实验室内很容易再现。浮上来的污泥经过几分钟后与气泡分离而再次沉淀下来。可是在沉淀池中，可能于再次沉淀之前越过出水堰而随出水流失。特别是采用机械曝气的情况下很容易产生这种现象。脂肪和油会促进这种现象的发生。出现这种情况时只要在减弱曝气的同时，对流入曝气池的水进行浮渣清除即可。
⑤浮上污泥 浮上污泥是由于活性污泥粒子本身的比重小于水引起的。它和上述各种污泥不同，经过物理法破坏后也不再沉淀。由于这种污泥一旦上浮就立即越过溢流堰而随出水流失，所以往往不被发现，而且在设计计算时固体物质平衡时容易漏掉。有一种处理措施是在二沉池的进口处设置撇渣器，捞出浮渣并进行处理，可以提高处理效果。迄今为止，形成这种状态的原因尚不清楚。有人认为，这是由于匍匐性纤毛虫死骸的堆积，以线虫作为食物的节丛孢属或分解轮虫的真菌过度繁殖造成的。
⑥分散污泥 所谓分散污泥是在对数生长期内不形成絮体，而是呈分散状态的污泥，所以不能称为活性污泥。因此，也不列入分类对象，在这里只是为了和其他污泥相比而提出来的，其主要起因是负荷过高，导致污泥微生物呈分散生长，故解决方法是降低负荷率。
⑦解絮污泥 对混合液进行沉淀时，虽然大部分污泥容易沉淀下去，但在上清液中仍然有一种能使水浑浊的物质，这就是解絮污泥。这种现象可以认为是由于毒物的混入、温度急剧变化、废水PH值突变等的冲击造成的，使污泥絮体解絮。
⑧微细絮体 对活性污泥混合液进行沉淀时，分散在上清液中的一些肉眼可以看到的小颗粒称为微细絮体。当有微细絮体存在时，沉淀污泥的污泥体积指数非常小。这一类微细絮体有两种，一种是由普通污泥颗粒变小形成的，具有很高的BOD值，另一种是稍带白色的不定形微细颗粒，BOD值很低，目前还无法解释这种现象，也没有解决的措施。在15℃以下的低温，强烈搅拌时很容易产生这种现象，沉淀时，如污泥体积大，则这种颗粒进入上清液的比例即减少。
⑨云雾状污泥 这是由于污泥在沉淀池中呈云雾状态而得名。这是污泥的一种存在状态，是由沉淀池内的水流、密度流和污泥搅拌机的搅拌而引起的。如果沉淀下去的污泥，变成这种状态时，则应该降低沉淀池内的污泥面，减少进水流量。
第二部分
活性污泥生物相的观察及其对运行状况的指标作用
生物相是指活性污泥中微生物的种类、数量、优势度及其代谢活力等状况的概貌。生物相能在一定程度上反映出曝气系统的处理质量及运行状况。当环境条件（如进水浓度及营养、pH值、有毒物质、溶氧、温度等）变化时，在生物相上也会有所反映。我们即可通过活性污泥中微生物的这些变化，及时发现异常现象或存在的问题，并以此来指导运行管理。因此，对生物相的观察，已日益受到人们的重视。
一般在运行正常的城市污水处理厂的活性污泥中，污泥絮粒大、边缘清晰、结构紧密，具有良好的吸附及沉降性能。絮粒以菌胶团细菌为骨架，穿插生长着一些丝状细菌，但其数量远少于菌胶团细菌。微型动物中以固着类纤毛虫为主，如钟虫、盖纤虫、累枝虫等；还可见到部分楯纤虫在絮粒上爬动，偶尔还可看到少量的游动纤毛虫等，在出水水质良好时轮虫生长活跃。根据我们多年的实践工作，对生物相的观察应注重如下几个方面。
（1）活性污泥的结构 先取曝气池新鲜活性污泥，盛放到100毫升量筒中，静置5—15min后观察在静置条件下污泥的沉降速率，沉降后泥水界面是否分明，上清液是否清澈透明。凡沉降速率快、泥水界面清晰、上清液中未见细小污泥絮粒悬浮于其中的污泥样品性能较好。然后取活性污泥制成压片标本，置于显微镜载物台上，先用低倍镜观察污泥絮体的大小、形状、结构紧密程度，然后再转换至高倍镜下观察污泥絮粒中菌胶团细菌与丝状细菌的比例，絮粒外游离细菌的多寡，凡絮粒大、圆形、封闭状、絮粒胶体厚实、结构紧密、丝状菌数量较少、未见游离细菌的污泥沉降及凝聚性能较好。
（2）生物活动的状态 以钟虫为例，可观察其纤毛摆动的快慢，体内是否积累有较多的食物胞，伸缩泡的大小与收缩以及繁殖的情况等。微型动物对溶解氧的适应有一定的极限范围，当水中溶解氧过高或过低时，能见钟虫“头”端突出一个空泡，俗称“头顶气泡”。进水中难以分解或抑制性物质过多以及温度过低时，可见钟虫体内积累有未消化颗粒并呈不活跃状态，长期下去会引起虫体中毒死亡。进水PH值突变时，能见钟虫呈不活跃状态，纤毛环停止摆动，轮虫缩入被甲内。此外，当环境条件不利于污泥中原生动物生存时，一般都能形成胞囊，这时原生质浓缩，虫体变圆收缩，体外围以很厚的被囊，以利度过不良条件。在出现上述现象时，即应查明原因，及时采取适当措施。
活性污泥中经常出现的丝状硫细菌，如发硫细菌、贝氏硫细菌等，对溶氧水平的反应非常敏感。当水中溶氧不足时，能将水中的H2S氧化为硫，并以硫粒的形式积存于体内（可用低倍显微镜看到），而当溶解氧大于1mg／L时，体内硫粒可被进一步氧化而消失。
2H2S＋O2--à2S＋2H2O十能量
2S＋2H2O＋3O2--à－2SO42-＋4H+十能量
因此，通过对硫细菌体内硫粒的观察，可以间接地推测水中溶解氧的状况。
（3）同一种生物数量增减的情况 污泥膨胀往往与丝状细菌和菌胶团细菌的动态变化密切相关，我们可根据丝状细菌增长的趋势，及时采取必要措施，同时观察这些措施的效果。
在培菌阶段，固着型纤毛虫的出现，即标志着活性污泥已开始形成，出水已显示效果。轮虫及飘体虫于培菌后期出现时，处理效果往往极为良好。但当污泥老化、结构松散解絮时，细小絮粒能为轮虫提供食料而促使其恶性繁殖，数量急剧上升，最后污泥被大量吞噬或流失，轮虫因缺乏营养而大量死亡。
（4）生物种类的变化 培菌阶段，随着活性污泥的逐渐生成，出水由浊变清，污泥中生物的种类发生有规律的演替，这是培菌过程的正常进程。在正常运行阶段，若污泥中生物的种类突然发生变化，可以推测运行状况亦在发生变化。如污泥结构松散转差时，常可发现游动纤毛虫大量增加。出水混浊、处理效果较差时，变形虫及鞭毛虫类原生动物的数量会大大增加。
应当指出，工业废水因种类繁多，成分各异，各厂生物相可能有很大差异。生产中应通过长期观察，找出本厂废水水质变化同生物相变化之间的相应关系，用以指导运行管理。据上海石油化工总厂李爱玲等（1987年）报道，在他们厂的石化废水活性污泥系统中，根据多年观察，找到了以稳态运行时常见的几种微型动物数量的变化来预测处理效果的方法。他们发现，当活性污泥中累枝虫、钟虫。楯纤虫、裂口虫的数量呈增长趋势时，出水水质明显变好，出水BOD5值下降，出水悬浮物浓度也随之下降。而当鞭毛虫出现并逐渐增长时，出水中的BOD5与悬浮浓度均上升。此外，他们还以稳态运行时出现的累枝虫、钟虫和楯纤虫这三种主要原生动物消长来预报污泥中毒现象。运行资料表明、当这三种原生动物部分或全部消失的前一天，或消失的过程中，进水中的硫化物、氰化物、甲醛、丙烯腈、乙醛及异丙醇等有毒有害物质有一种或数种的浓度超过正常时该毒物平均浓度的数倍、甚至数十倍，同时BOD的去除率也明显下降。因此，当从生物相观察中发现这三类生物数量下降或消失时，应及时从水质中查找原因，以采取相应措施，避免处理系统的恶化，甚至失败。Madoni也采用原生动物的组成和数量来指示污水处理运行状态，找出了19种原生动物与生化出水的BOD、氨氮、硝酸盐氮、污泥浓度、污泥龄、污泥容积指数的对照关系，结果表明有壳变形虫、表壳虫、鳞壳虫、无柄纤毛虫等原生动物数量能够间接反映出水的硝化程度，在此基础上提出用污泥的生物指数SBI（Sludg Biotic Index）来评价活性污泥中的生物活性，并将 SBI分为四个等级：优（8－10）、良（6—7）、中等（4～5）和差（0～3），活性污泥的SBI定量计算依据为：原生动物度、原生动物的优势种群、原生动物的种类总数和小型鞭毛虫的数量。
(5)判断活性污泥性能的指标性生物 正如前面各章对各种微生物所作的论述那样，原生动物、微型后生动物可用显微镜鉴别，将成为判断污水处理装置的环境条件和处理水质等好坏的指标性生物。特别是原生动物及微型后生动物比较容易鉴别和计数，因而在污水厂的运行管理中应将其作为重要的判断项目进行观察。
须藤曾调查过用活性污泥法、接触氧化法及生物转盘等的处理设备处理生活污水的运行情况和生物相，并分别在每种方法中选择了认为是最重要的七种微型动物进行比较，于表6－2中所示。
编制表时曾考虑到微型动物的出现频率、出现的个数、处理出水水质和污泥的沉降性能等等。在延时曝气法中最重要的微型动物是有肋楯纤虫，这种生物是属于在活性污泥中出现的纤毛虫中增长速度较小的一种（在20℃下，世代周期为14h）。在轮虫类中则以旋轮虫属和鞍甲轮虫属为重要种属；在生物转盘生物膜中则以小口钟虫、盖纤虫和旋轮虫属为重要种属。
①活性污泥良好时出现的生物 当活性污泥性能良好时出现的生物，有钟虫属、盖纤虫属、有肋楯纤虫属、独缩虫属、聚缩虫属、各种吸管虫属、轮虫类、寡毛类等固着型种属或者匍匐型种属。这些生物统称为活性污泥指标性生物，而这种指标性生物的存在表明处理功能得到充分发挥。
处理水的 COD／（mg／L） 处理水的 COD／（mg／L）
图6、19 活性污泥生物 图6．20 活性污泥生物
（普通曝气法）的个数与出（延时曝气法）的个数与
水水质的关系 出水水质的关系
如图6-19、图6-20所示城市污水的活性污泥普通曝气法和延时曝气法曝气池的活性污泥中活性污泥生物的个数与出水COD之间的关系中可以看出，处理出水COD值在20mg／L以上时，lml混合液中存活有1000～2000个以上活性污泥指标性生物，另外在总个数中，活性污泥指标性生物所占比例也很重要。一般地，如活性污泥指标性生物占80％以上就能够得到良好的出水水质。不过，在计算活性污泥指标性生物个数时最好不要将肉足类、侧滴虫属（Pleuromonas，废水生物处理中多以 P．Jaculans出现），内管虫属（Eutosiphon，其代表为沟内管虫E．Sulcatum）和袋鞭虫属（Peranema，其代表种为粗袋鞭虫P．trichophorum）等包括在内。因为这类生物在出水水质良好时也会大量出现。在形成这种生物相结构时，加强运行管理，以继续保持这种运行条件是很重要的。
②豆形虫属（Colpidium）、肾形虫属（Colpoda，废水生物处理中出现的为僧帽肾形虫C．cucullus，膨大肾形虫C．inflata，齿脊肾形虫C．steinii等）、草履虫属（Paramecum。）、瞬目虫属（Glaucoma，废水生物处理中出现的瞬目虫属几乎都是闪瞬目虫G．scintillaus）、波豆虫属（Bodo）、屋滴虫属（Oikomonas）滴虫属（入Monas）等属于快速游泳型的种属是在活性污泥状态恶化时出现的生物。当这些生物出现时，絮体较小，往往在0．1～0．2mm以下，活性污泥的性状恶化的时候，波豆虫属、屋滴虫属和滴虫属等微小鞭毛虫类所占的比例极高。而且，当处理功能严重恶化时微型动物几乎不出现，并可以观察到大量的游离细菌，活性污泥的凝聚性能下降，分散絮体颗粒所占比例极端增高。另外，由于微小鞭毛虫类的体长大多为10μm以下。因此，镜检时应注意。微型动物少的现象是在BOD负荷极高，或者溶解氧不足，或者有毒物质流入的时候出现。因而，当微型动物少时需要进一步研究运行条件。
③从活性污泥恶化恢复到正常时出现的生物（中间活性污泥指标性生物）中间活性污泥指标性生物有漫游虫属（Litonotus，在废水处理中常见的为L．tasciola，扁平漫游虫L．lamella，L．cygnus）、斜叶虫属（LoxoPhyllum），管叶虫属（Trachelo－phyllum，废水处理中常见的为卑怯管叶虫T．pusillum和棒状管叶虫T．clavatum）等慢速游泳或匍匐行进的生物。这些生物很少是以优势出现的，而且这些生物是在过渡期内出现的，所以能够大量地观察到的时间不过是5～10d左右。
④活性污泥分散解絮时出现的生物 活性污泥分散解絮时的指标性生物为变形虫属（Amoba）和简便虫属（Vahlkampfia）等肉足类，如在1ml混合液中出现一万个以上的个体时，絮体变小，出水浑浊并呈白色。出现这种状态之后再采取措施就已经为时太晚了，所以只要发现这些生物急剧增加就要减少污泥回流量，通过这样的操作可以使解絮现象得到某种程度的控制。
活性污泥膨胀时出现的生物 球衣菌属（Sphaerotilus）。发硫菌属（Thiothrix）、诺卡氏菌属（Nocardia）、各种霉菌等丝状微生物是导致活性污泥膨胀的主要生物。一旦这种丝状微生物异常增长，活性污泥将呈棉絮状，而且在静置状态下也不容易沉淀。污泥容积指数（SVI）为200～600ml／g或600ml／g MLSS以上。如将膨胀污泥置于显微镜下观察就可见到断线条状的丝状微生物互相缠绕着。在膨胀污泥中也出现微型动物，但其个数一般比正常污泥少。由丝状微生物导致的污泥膨胀通常在下列几种情况下可以观察到：a．BOD：N或 BOD：P的比例高；b．pH值低；c．BOD负荷高；d．流入废水中小分子碳水化合物多；e．水温低；f．流入重金属等有毒物质等。
此外，最近有人发现只是在产生丝状菌膨胀现象时出现的，能够摄食丝状菌而使污泥膨胀现象得到解除的裸口目旋毛科（Dys－teriidae），全毛类原生动物拟轮毛虫（Trochiliodes）。
⑥溶解氧不足时出现的生物 溶解氧不足时出现能在溶解氧不足环境下生活的生物，如贝日阿托氏菌属（Beggiatoa）、扭头虫属（Metopus）、新态虫属（Caenomorpha）等。当这一类生物出现在曝气池内时，有时活性污泥呈黑色，并散发出腐败的臭味。所以当出现这种生物相时需要向构筑物中增加供氧量，以提高溶解氧浓度。
过度曝气时出现的生物 经过持续地过度曝气而使溶解氧浓度超过5mg／L时，就会出现大量的各种肉足类及轮虫类。在形成这种生物相的情况下，减少曝气量也不会造成什么问题。
污水浓度和BOD负荷很低时出现的生物 当污水浓度和BOD负荷很低时会出现以游仆虫属（EuPlotes）、旋口虫属（Spirostomum）、轮虫属、表壳虫属（Arcella）、鳞壳虫属（Euglypha）等占优势的生物。这种生物多，也标志着硝化正在进行。在形成这种生物相的情况下，即使提高BOD负荷进行运转也不会有什么问题。因此，当采用两套生物处理系统时可只运行其中一套，以便减少能耗。
有毒物质流入时生物相的变化 原生动物及轮虫类微型动物受有毒物质的影响比细菌更敏感。因此，根据微型动物的观察结果可以判断有毒物质对活性污泥的影响，在活性污泥法指标性生物中最容易受到影响的是楯纤虫属。因此，当出现楯纤虫属急剧减少的现象时，就可以判定为受到了有毒物质的影响或者是有了某些环境条件的变化。此时，一方面要提高曝气池的微生物浓度，另一方面也必须采取措施，去除污染源的有毒物质。
第三部分 水质的化学测定及其对运行的指导意义
（1）进、出水的BOD／COD比值 从水质的BOD、COD含义中我们可知，BOD代表了废水中被污泥微生物所氧化分解的有机物的含量；而CODcr则近似地代表了废水中全部有机物的含量。废水的BOD／COD比值（简称 B／C比）可告诉我们废水中可生物降解的有机物占全部有机物的份额，亦即该废水的可生物降解性程度。一般讲，只有 B／C比较高的废水（B／C≥0．25），我们才采用生物法处理；反之可采用物理或化学法加以处理。废水经生物法处理后，废水中可生物降解的组分（即BOD组分），在活性污泥或生物膜微生物的作用下得以彻底地氧化分解，转化成CO2、H2O等无机物，因此废水BOD的去除效果往往大于90％。就可生物降解性而言，可将废水中的COD组分分成两部分：即可生物降解COD组分（CODB）和不可生物降解COD组分（CODNB）。如上所述，废水经生物法处理后，CODB组分大都得以去除，而CODNB除有少量被活性污泥或生物膜吸附以外，大多数未能去除，因此在废水生物法处理中，COD的去除率总是低于BOD的去除率，结果使出水的B／C比值有较大幅度的下降，B／C比值往往小于 0．10（视废水中COD。组分在COD中所占比例而定）。因此，我们可通过测定进。出水的BOD和COD来判断生物处理系统运行的状况，若进、出水的 B／C比值变化不大，出水的BOD值亦较高，表明该系统运行不正常；反之，出水的B／C比值与进水B／C比值相比下降较快，说明系统运行正常。
（2）出水的悬浮固体（ESS）在废水中悬浮固体（SS） 主要是由砂、石等无机成分所组成的非挥发性悬浮固体（FSS）和由纸、纤维、菜皮等有机成分组成的挥发性悬浮固体（VSS）两部分所组成。在生物处理中，经沉砂、格栅截留、初沉等预处理工艺，进水中的SS被去除大半，剩下的SS进人曝气池后亦大部分被活性污泥所吸附，只有极少一部分进水中的SS随出水带走，成为出水悬浮固体（ESS）中的一部分。那么ESS组分主要是从何而来呢？经研究，ESS主要来自于活性污泥或生物膜中沉降性能较差。结构较松散、颗粒较小的这部分活性污泥（或生物膜），它们在流经二沉池时，未能随其他沉降凝聚性能较好的污泥一起下沉，而随出水上浮外飘。因此，测定ESS值对判断污泥性能的好坏有极其重要的指标意义。污泥性能好的处理系统，其ESS一般小于30mgth。
经测定，ESS每升高10mgth，将会使出水的BOD升高6．ling／L，TOC升高5．3mg／L，COD升高14.2mg／L，TN升高1．2mg／L，TP升高0．2mg／L（以上均为平均值）。可见，ESS的高低对处理效果有相当大的影响。
当ESS大于30mg/L时，表明污泥的沉降凝聚性能差，应寻找原因及时予以解决。
（3）进、出水氮的形态与处理深度 在城市生活污水及大部分工业废水中，氮以有机氮和氨氮（NH3N）的形式存在于废水中。以新鲜的生活污水为例，有机氮和氨氮分别占总氮(TN）的 60％和 40％，硝态氮（NOx- -N，其由 NO2-－N和 NO3-－N组成）含量为0。只有极少部分工业废水，如硝基炸药、化肥等工业废水中才含有硝态氮。
上述废水经生物处理后，其中的有机氮可在好氧或厌氧环境，被活性污泥或生物膜中的氨化细菌转化为氨氮，此即为氨化作用。在处理深度较差的高速率生物滤池，污水停留时间短、负荷高的高速率活性污泥法或厌氧生物处理系统中，氨氮除被同化合成为污泥微生物所耗用一小部分外，余者皆以氨氮的形式随出水外排，并成为水体黑臭的重要原因之一（水体的黑臭指数与氨氮的浓度直接相关）。然而在处理深度较好，负荷较低，水力停留时间较长的延时曝气活性污泥法或其他各种好氧生物处理系统中，氨氮可在污泥中硝化细菌的作用下，进一步氧化为亚硝氮和硝氮。为此，我们可根据出水中氮的形态（有机氮、氨氮及硝态氮）及其所占的比例来判断污水处理的深度。
目前开发的各种生物脱氮处理系统经设置不充氧的厌氧区段（或称缺氧段），可将硝态氮经反硝化作用还原成分子氮气而除去。对这类生物脱氮系统我们一定要通过测定进、出水的总氮浓度、总氮去除率及氮形态在各区段的转化状况来评价系统的运行状况，并借此对系统实行调控。
（4）进、出二沉池混合液、上清液的BOD（或COD）在废水生物处理的工艺流程中，曝气池主要的功能是氧化分解有机物。活性污泥或生物膜中的微生物借助人工曝气获得足够的氧气，将废水中的有机物彻底氧化分解成CO2、H2O等无机物，使废水净化（或称稳定化）。因此流出曝气池的泥水混合液的上清液中BOD（或COD）均已降至排放标准所要求的浓度以下。二沉池的功能是使上述流出曝气池的活性污泥混合液泥水相分离，分离后上清液即作为出水外排，污泥则通过回流重新进人曝气池与新鲜废水相混并继续氧化分解废水中的有机物（部分作为剩余污泥进人后续的污泥处置工艺）。因此在正常的情况下，进、出二沉池的泥水混合液上清液中的BOD（或COD）浓度不会有太大的变化。
当处理系统负荷过高，或废水在曝气池内停留时间过短，混合液内的有机物尚未完全降解（即未完全被稳定化）即被送人二沉池，这时污泥微生物可利用残留的溶氧继续氧化分解残留的有机物，造成进、出二沉池上清液中BOD（或COD）有较大的下降，我们可借此来判断曝气池中的生化作用进