第三章--污水的二级生物处理.docx

第三章 污水的二级生物处理第一节 生物处理污水经一级处理后，用生物处理法继续去除其中胶体状和溶解性有机物及植物性营养物，将污水中各种复杂有机物氧化分解为简单物质的过程，称为二级处理，又称生物处理或二级生物处理。一、生物处理的基本原理在自然水体中，存在着大量依靠有机物生活的微生物。它们不但能分解氧化一般的有机物并将其转化为稳定的化合物，而且还能转化有毒物质。生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。生物法处理污水具有净化能力强、费用低廉、运行可靠等优点，是城市污水和各种工业废水处理的主要方法。所有的微生物处理过程都是一种生物转化过程，在这一过程中易于生物降解的有机污染物可在数分钟至数小时内进行两种转化：一是变成从液相中溢出的气体，二是使微生物得到增殖成为剩余生物污泥。好氧条件下，微生物将有机污染物中的一部分碳元素转化为CO2，厌氧条件下则将其转化为CH4和CO2。按照微生物对氧需求程度的不同，生物处理法可分为好氧、缺氧、厌氧等三类。好氧是指污水处理构筑物内的溶解氧含量在1mg/L以上，最好大于2mg/L。厌氧是指污水处理构筑物内基本没有溶解氧，硝态氮含量也很低。一般硝态氮含量小于0.3mg/L，最好小于0.2mg/L。缺氧指污水处理构筑物内BOD5的代谢由硝态氮维持，硝态氮的初始浓度不低于0.4mg/L，溶解氧浓度小于0.7mg/L，最好小于0.4mg/L。按照微生物的生长方式不同，生物处理法可分为悬浮生长、固着生长、混合生长等三类。悬浮生长型生物处理法的代表是活性污泥法，固着生长型生物处理法的代表是生物膜法，混合生长型生物处理法的代表是接触氧化法。二、生物处理的基本参数1、水力停留时间和固体停留时间水力停留时间HRT是水流在处理构筑物内的平均驻留时间，从直观上看，可以用处理构筑物的容积与处理进水量的比值来表示，HRT的单位一般用h表示。固体停留时间SRT是生物体（污泥）在处理构筑物内的平均驻留时间，即污泥龄。从直观上看，可以用处理构筑物内的污泥总量与剩余污泥排放量的比值来表示，SRT的单位一般用d表示。就生物处理构筑物而言，HRT实质上是为保证微生物完成代谢降解有机物所提供的时间。而SRT实质上是为保证微生物能在生物处理系统内增殖并占优势地位且保持足够的生物量所提供的时间。为保证反应器内有足够的生物量和特定微生物能增殖，生物处理工艺的SRT都比其HRT要长得多，好氧处理在10d左右，而厌氧处理有时在30d以上。生物处理中微生物为了产生代谢作用而需要与有机污染物有足够的接触时间，所需要的代谢时间与待处理的污水中的有机污染物性质有关。简单的低分子有机物如VFA、单糖和乙醇等要求的代谢时间较短，可以在数分钟内代谢完成；而复杂的大分子有机物如氯代烃类难以生物降解，要求的代谢时间较长，有时需要数小时甚至几天的时间。因此为了将污水中有机污染物含量降低到一个合理的程度，必须使生物处理构筑物具备合理的水力停留时间。处理较易降解的城市污水时，HRT为数小时即可，而处理一些难以生物降解的工业废水时，HRT有时要达到几天。2、污泥负荷和容积负荷污泥负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，单位是kgBOD5/(kgMLSSd)，一般记为F/M，常用Ns表示。容积负荷是指单位有效曝气体积在单位时间内承受的有机质的数量，单位是kgBOD5/(m3d)，一般记为F/V，常用Nv表示。如果污泥负荷和容积负荷过低，虽然可以有效降低污水中的有机物含量，但同时会使活性污泥处于过氧化状态、沉降性能也会变差，导致出水悬浮物含量升高。如果污泥负荷和容积负荷过高，又会造成污水中的有机物氧化不彻底，出水水质变差。3、有机负荷率有机负荷率可以分为进水负荷和去除负荷两种。进水负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内承受的有机质的数量，或单位有效曝气池容积在单位时间内承受的有机质的数量，即进水有机负荷可以分为污泥负荷Ns和容积负荷Nv两种。去除负荷是指曝气池内单位重量的活性污泥在单位时间内去除的有机质的数量，或单位有效曝气池容积在单位时间内去除的有机质的数量。因此，去除负荷可以用进水负荷和去除率两个参数来表示。4、冲击负荷冲击负荷指在短时间内污水处理设施的进水负荷超出设计值或正常运行值的情况，可以是水力冲击负荷，也可以是有机冲击负荷。如果冲击负荷过大，超过了生物处理工艺本身能承受的能力，就会影响处理效果，使出水水质变差，甚至导致处理系统瘫痪。5、温度无论好氧处理还是厌氧处理，都要求在一定温度范围内进行，一旦超过此范围，即温度过高或过低都会降低处理效率，甚至造成整个系统的失效。6、溶解氧水中保持一定的溶解氧是好氧水生生物得以生存繁殖的基本条件，因而溶解氧指标也污水生物处理系统正常运转的关键指标之一。好氧生物处理装置要求水中溶解氧最好在2mg/L以上，厌氧生物处理装置要求溶解氧在0.5mg/L以下，如果想进入理想的产甲烷阶段则最好检测不到溶解氧。在好氧生物法的二沉池出水合格时，其溶解氧含量一般不低于1mg/L，过低（0.5mg/L）或过高（空气曝气法2mg/L）都会导致出水水质变差、甚至超标。第二节好氧活性污泥法一、活性污泥法的基本流程好氧活性污泥法是以活性污泥为主体，利用活性污泥中悬浮生长型好氧微生物氧化分解污水中的有机物质的污水生物处理技术，是一种应用最广泛的污水好氧生物处理技术。其净化污水的过程可分为吸附、代谢、固液分离三个阶段，由曝气池、曝气系统、回流污泥系统及二次沉淀池等组成。经过一级预处理的污水与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池混合后，在曝气的作用下，混合液得到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为活性污泥吸附，并被活性污泥中的微生物氧化分解，从而得以净化。在二次沉淀池中，活性污泥与已被活性污泥净化的污水分离，澄清后的污水作为处理后污水排出系统；活性污泥在泥区进行浓缩后，以较高的浓度回流到曝气池。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定较为恒定的范围内，需要及时将部分活性污泥作为剩余污泥排出系统。曝气池是好氧活性污泥法的核心，有时被称为污水处理的反应池，污水处理厂的其他构筑物和设施都是围绕曝气池设置或以曝气池为基础的。比如各种一级处理设施和二沉池、回流污泥泵房等都是以满足曝气池需要为前提的，各种三级处理或深度处理设施也需要根据曝气池的处理效果而确定工艺流程和处理方式。生物处理系统的曝气池一般单独设置，前有初沉池、后有二沉池，但也有将曝气池和二沉池合建在一起的工艺，比如SBR工艺、一体式氧化沟工艺以及完全混合活性污泥法的合建式曝气池等。二、活性污泥的性能指标好氧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0.20.5mm，含水率一般为99.2%99.8%，密度因含水率不同而有一些差异，一般为1.0021.006g/m3，绒粒状结构使得活性污泥具有较大的比表面积，一般为20100cm2/mL。成熟的活性污泥呈茶褐色，稍具泥土味，具有良好的凝聚沉淀性能。活性污泥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%，无机成分仅占15%25%。活性污泥中有机成分主要由生长在其中的微生物组成，活性污泥上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。1、污泥沉降比（SV）污泥沉降比SV又称30分钟沉降比，是曝气池混合液在量筒内静置30分钟后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的比例，以%表示。一般取混合液样100ml用100ml量筒测量，静置30分钟后泥面的高度恰好是SV的数值。由于SV值的测定简单快速，因此是评定活性污泥浓度和质量的最常用方法。SV能反映曝气池正常运行时的污泥量和污泥的凝聚、沉降性能，通常SV值越小，污泥的沉降性能越好。可用于控制剩余污泥的排放量，通过SV的变化可以判断和发现污泥膨胀现象的发生。SV值的大小与污泥的种类、絮凝性能和污泥浓度有关，不同污水处理厂的SV值的差别很大，城市污水处理厂的正常SV值一般在20%30%之间，而有些工业废水处理场的正常SV值在90%以上。同一污水处理厂的污泥，在丝状菌含量大和污泥过氧化而解絮时的SV值比正常值也要高得多。因此，每座污水处理厂都应该根据自己的运行经验数据确定本厂的最佳SV值。在正常生产运行中，有时为了能及时调整运行状况，可以测定5min的污泥沉降比来判断污泥的性能。5min测定不仅节约时间，而且沉降性能不同的污泥，此时的体积差异也最大。必要时，可以测定低转速条件下的沉淀效果，并测定污泥界面的沉降速度，更准确地反映沉淀池中的实际状况。SV值的测定不仅可用于监控曝气池混合液的性能，也可以比较和观察初沉池污泥的性能，尤其是将二沉池污泥回流到初沉池加强初沉效果并从初沉池排放剩余污泥时，更需要测定进入初沉池污泥的SV值，以控制回流量和保证沉淀效果。2、污泥浓度（MLSS）曝气池混合液污泥浓度（MLSS）又称混合液悬浮固体浓度，它表示的是混合液中的活性污泥浓度，即单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总质量。其单位是mg/L或g/L。MLSS中包含了活性污泥中的所有成分，即由具有代谢功能的微生物群体、微生物代谢氧化的残留物、吸附在微生物上的有机物和无机物等四部分组成。曝气池混合液挥发性污泥浓度（MLVSS）又称混合液挥发性悬浮固体浓度，表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质的浓度，MLVSS扣除了活性污泥中的无机成分，能够比较准确地表示活性污泥中活性成分的数量。其单位也是mg/L或g/L。对于水质相对稳定的污水生物处理系统， MLVSS/MLSS比值是固定的，比如处理城市污水的活性污泥这一比值一般在0.750.85之间，但不同的工业废水，MLVSS/MLSS比值是有差异的。每一种好氧活性污泥法处理工艺都有其最佳曝气池MLSS，比如普通空气曝气活性污泥法的MLSS最佳值为2g/L左右，而纯氧曝气活性污泥法的MLSS最佳值为5g/L左右，两者差距很大。一般而言，曝气池中的MLSS接近其最佳值时，处理效果最好，而MLSS过低时往往达不到预计的处理效果。如果MLSS或MLVSS超出特定范围或二者比值发生较大改变，必须设法使其恢复正常，否则势必造成生物处理系统出水水质发生变化，甚至导致包括悬浮物在内的各种排放指标超标。另外，通过测定MLSS，还可以监测曝气池混合液的污泥体积指数，从而了解活性污泥及其他生物悬浮液的沉降特性和活性。当MLSS过高时，泥龄延长，维持这些污泥中微生物正常活动所需的溶解氧数量自然会增加，导致对充氧系统能力的要求增大。同时曝气池混合液的密度会增大，也就会增加机械曝气或鼓风曝气的电耗。也就是说，虽然MLSS偏高时，可以提高曝气池对进水水质变化和冲击负荷的抵抗能力，但在运行上往往是不经济的。而且有时还会导致污泥过度老化，活性下降，最后甚至影响处理效果。在实际运行时，有时需要通过加大剩余污泥排量的方式强制减少曝气池的MLSS值，刺激曝气池混合液中微生物的生长和繁殖，提高活性污泥分解氧化有机物的活性。3、污泥容积指数（SVI）污泥容积指数（SVI）是指曝气池出口处混合液经过30min静置沉淀后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，单位以mL/g计。计算公式如下：SVI=(1L混合液经30min静沉后以mL计的污泥容积)/(1L混合液以g计的干污泥量)。SV值与SVI值的关系如下：SVI= 10SV/MLSS(g/L)SVI值排除了污泥浓度对污泥沉降体积的影响，因而比SV值能更准确地评价和反映活性污泥的凝聚、沉淀性能。一般说来，SVI值过低说明污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性；SVI值过高说明污泥沉降性能较差，将要发生或已经发生污泥膨胀。对于高浓度活性污泥系统，即使沉降性能较差，由于其MLSS较高，因此其SVI值也不会很高。SVI值与污泥负荷有关，污泥负荷过高或过低（对城市污水处理厂而言，污泥负荷0.5kgBOD5/(kgMLSSd)或0.05kgBOD5/(kgMLSSd)），活性污泥的代谢性能都会变差，SVI值也会变的很高，存在出现污泥膨胀的可能。 SV、MLSS、SVI这三个活性污泥性能指标是相互联系的。沉降比的测定比较容易，但所测得的结果受污泥量的限制，不能全面反映污泥性质，也受污泥性质的限制，不能正确反映污泥的数量；污泥浓度可以反映污泥数量；污泥指数则能较全面地反映污泥凝聚和沉降的性能。4、生物相和其他测定相比，生物相镜检要简便得多，随时可以了解活性污泥中原生动物种类变化和数量消长情况。但生物相镜检一般只能作为对水质总体状况的估计，是一种定性的检测，不能作为污水处理厂出水水质的控制指标。为了监测微型动物演替变化状况，还需要定时进行记数。对活性污泥或生物膜生物相进行镜检后，其结果记录方式可以参考表321。表321 生物相镜检结果记录表絮体大小大，中，小絮体形态圆形，不规则形絮体结构开放，封闭絮体紧密度紧密，疏松丝状菌数量0，游离细菌几乎不见，少，多微型动物优势种（数量及形态）其它种（种类、数量及形态）生物相镜检的方法生物相镜检可采取低倍镜观察或高倍镜观察两种方法进行。低倍镜观察是为了观察生物相的全貌，要注意观察污泥絮粒的大小，污泥结构的松紧程度，菌胶团和丝状菌的比例及其生长状况，并加以记录和作出必要的描述。污泥絮粒按平均直径的大小可以分为三等：污泥絮粒平均直径0.5mm的称为大粒污泥，0.1mm为小粒污泥，介于0.1mm0.5mm之间的为中粒污泥。污泥絮粒越大，污泥性能越好。污泥絮粒性状是指污泥絮粒的形状、结构、紧密程度及污泥中丝状菌的数量。镜检时可把近似圆形的污泥絮粒称为圆形絮粒，与圆形截然不同的称为不规则形状絮粒。絮粒中网状空隙与絮粒外面悬液相连的称为开放结构，无开放空隙的称为封闭结构。絮粒中菌胶团细菌排列致密，絮粒边缘与外部悬液界限清楚的称为紧密絮粒，边缘界限不清的称为疏松絮粒。实践证明，圆形、封闭、紧密的絮粒相互间易于凝聚、浓缩，沉降性能良好，反之则沉降性能差。用高倍镜观察，可以进一步看清微型动物的结构特征。观察时要注意微型动物的外形和内部结构，例如钟虫体内是否存在食物胞，纤毛虫的摆动情况等。观察菌胶团时，应注意胶质的厚薄和色泽，新生菌胶团出现的比例等。观察丝状菌时，要注意丝状菌体内是否有类脂物质和硫粒积累，同时注意丝状菌体内细胞的排列、形态和运动特征以便初步判断丝状菌的种类（进一步鉴别丝状菌的种类需要使用油镜并将活性污泥样品染色）。生物相镜检时的注意事项城市污水处理厂活性污泥中微生物种类很多，比较容易地通过观察微生物种类、形态、数量和运动状态的变化来掌握活性污泥的状态。而工业废水处理场活性污泥中会因为水质的原因，可能观察不到某种微生物，甚至完全没有微型动物，即不同的工业废水处理场的生物相会有很大差异。因此，生物相观察时应注意活性污泥微生物的一些变化和异常。微生物种类的变化：污泥中的微生物种类会随水质变化，随运行阶段而变化。污泥培养阶段，随着活性污泥的逐渐形成，出水由浊变清，污泥中的微生物发生有规律的演变。正常运行中，污泥微生物种类的变化也遵循一定的规律，由污泥微生物种类的变化可以推测运行状况的变化。比如污泥结构变得松散时，游动纤毛虫较多，而出水混浊变差时，变形虫和鞭毛虫就会大量出现。微生物活动状态的变化：当水质发生变化时，微生物的活动状态也会发生一些变化，甚至微生物的形体也会随污水变化而变化。以钟虫为例，纤毛摆动的快慢、体内积累食物泡的多少、伸缩泡的大小等形态都会随生长环境的改变而变化。当水中溶解氧过高或过低时，钟虫的头部常会突出一个空泡。进水中难降解物质过多或温度过低时，钟虫会变得不活跃，其体内可见到食物颗粒的积累，最后会导致虫体中毒死亡。pH值突变时，钟虫体上的纤毛会停止摆动。微生物数量的变化：活性污泥中的微生物种类很多，但某些微生物数量的变化也能反映出水质的变化。比如丝状菌，在正常运行时适量存在是非常有利的，但其大量出现会导致菌胶团数量的减少、污泥膨胀和出水水质变差。活性污泥中鞭毛虫的出现预示着污泥开始增长繁殖，但鞭毛虫数量增多又往往是处理效果降低的征兆。钟虫的大量出现一般是活性污泥生长成熟的表现，此时处理效果良好，同时可见极少量的轮虫出现。如果活性污泥中轮虫大量出现，则往往意味着污泥的老化或过度氧化，随后就有可能出现污泥解体和出水水质变差。三、活性污泥的增长规律把少量活性污泥加入污水中，在温度适宜、溶解氧充足的条件下进行曝气培养时，活性污泥的增长曲线如图321所示。 1 2 3 b 数 a 量 时 间图321 污泥增长曲线示意图1适应阶段和对数增长阶段 2减速增长阶段 3-内源代谢阶段由图可以看出，在温度适宜、溶解氧含量充足，而且不存在抑制性物质的条件下，控制活性污泥增长的决定因素是食料（污水中的有机物，又称底物）量F和微生物（活性污泥）量M之间的比值F/M，同时受有机底物降解速率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能等因素的影响。活性污泥的增长过程可分为适应阶段、对数增长阶段、减速增长阶段和内源代谢阶段等四个阶段：适应阶段：叫调整阶段，这是活性污泥培养的最初阶段，微生物不增殖但在质的方面却开始出现变化。这一段和图321中增长曲线开始的水平部分相对应，一般持续时间较短。在适应阶段后期，微生物酶系统已经逐渐适应新的环境，个体发育也达到了一定程度，细胞开始分裂，微生物开始增殖。对数增长阶段：活性污泥生长率上升，F/M比值较大，有机底物充足、活性污泥活性强，微生物以最高速率摄取有机底物的同时，也以最高速率合成细胞、实现增殖。此时活性污泥去除有机物的能力大，污泥增长不受营养条件所限制，而只与微生物浓度有关。此时污泥凝聚性能差，不易沉淀，处理效果差。减速增长阶段：活性污泥生长率下降，F/M值持续下降，活性污泥增长受到有机营养的限制，增长速度下降。这是一般活性污泥法所采用的工作阶段，此时，污水中的有机物能基本去除，污泥的凝聚性和沉降性都较好。内源代谢阶段：营养物质基本耗尽，活性污泥由于得不到充足的营养物质，开始利用体内存储的物质，即处于自身氧化阶段，此时，污泥无机化程度高，沉降性良好，但凝聚性较差，污泥逐渐减少。但由于内源呼吸的残留物多是难于降解的细胞壁和细胞质等物质，因此活性污泥不可能完全消失。推流式曝气池中有机物和活性污泥在数量上的变化规律与上述活性污泥增长规律相同，只是其变化不单是在时间上进行的，而是从池开始端到末尾端的空间上进行的。在活性污泥法转入正常运行后，曝气池是连续运转的，池中的活性污泥也不是自行成长的，而是从二次沉淀池中回流过来的，它的量是可以控制的。所以，通过控制来水中有机物浓度和回流污泥的数量，可以决定曝气池起始端活性污泥生长所处的状态。而曝气池末端活性污泥生长所处的状态，则决定于曝气时间。因此，曝气池的工作情况，如果用污泥增长曲线来表示，将是其中的一段线段，如图32中所示。它在曲线上所处的位置决定于池中有机物与微生物之间的相对数量。因此，在一定范围内，通过控制回流污泥量和曝气时间可以获得不同程度的处理效果。四、活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水主要通过三个阶段来完成。在第一阶段，污水主要通过活性污泥的吸附作用而得到净化。吸附作用进行得十分迅速，一般在30分钟内完成，BOD5的去除率可高达70%。同时还具有部分氧化的作用，但吸附是主要作用。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，其活性和吸附能力最强。吸附达到饱和后，污泥就失去活性，不再具有吸附能力。但通过氧化阶段，除去了所吸附和吸收的大量有机物后，污泥又将重新呈现活性，恢复它的吸附和氧化的能力。第二阶段，也称氧化阶段，主要是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。这个阶段进行得相当缓慢。实际上，曝气池的大部分容积都用在进行有机物的氧化和微生物细胞物质的合成。氧化作用在污泥同有机物开始接触时进行得最快，随着有机物逐渐被消耗掉，氧化速率逐渐降低。因此如果曝气过分，活性污泥进入自身氧化阶段时间过长，回流污泥进入曝气池后初期所具有的吸附去除效果就会降低。第三阶段是泥水分离阶段，在这一阶段中，活性污泥在二沉池中进行沉淀分离。微生物的合成代谢和分解代谢都能去除污水中的有机污染物，但产物不同。分解代谢的产物是CO2和H2O，可直接消除污染，而合成代谢的产物是新生的微生物细胞，只有将其从混合液中去除才能实现污水的完全净化处理。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，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，才能达到彻底净化污水的目的。同时，必须对剩余污泥进行妥善处理，否则可能造成二次污染。五、活性污泥的微生物组成好氧活性污泥中的微生物主要由细菌组成，其数量可占污泥中微生物总量的90%95%左右，在处理某些工业废水的活性污泥中甚至可达100%。此外污泥中还有原生动物和后生动物等微型动物，在处理某些工业废水的活性污泥中还可见到酵母、丝状真菌、放线菌亦及微型藻类。1、菌胶团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。在活性污泥培养的早期，可以看到大量新形成的典型菌胶团，它们可以呈现指状、垂丝状、球状、蘑菇状等多种形式。进入正常运转阶段的活性污泥，具有很强吸附能力和氧化分解有机物能力的菌胶团会把污水中的杂质和游离微生物吸附在其上，形成活性污泥絮凝体。因此，除少数负荷较高、处理污水碳氮比较高的活性污泥外，只能在絮粒边缘偶尔见到典型的新生菌胶团。细菌形成菌胶团后，可以防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上免受污水中有毒物质的影响，而且具有很好的沉降性能、有利于混合液在二沉池迅速完成泥水分离。通过观察菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构松紧程度等可以判断和衡量活性污泥的性能。新生菌胶团无色透明、结构紧密，吸附氧化能力强、活性高；老化的菌胶团颜色深、结构松散，吸附氧化能力差、活性低。2、丝状细菌丝状细菌同菌胶团细菌一样，是活性污泥的重要组成部分。其长丝状形态有利于其在固相上附着生长，保持一定的细胞密度，防止单个细胞状态时被微型动物吞食；细丝状形态的比表面积大，有利于摄取低浓度底物，在底物浓度相对较低的条件下比胶团菌增殖速度快，在底物浓度较高时则比胶团菌增殖速度慢。丝状细菌增殖速率快、吸附能力强、耐供氧不足能力以及在低基质浓度条件下的生活能力都很强，因此在污水生物处理生态系统中存活的种类多、数量大。活性污泥中丝状微生物包括丝状细菌、丝状真菌、丝状藻类等细胞相连且形成丝状的菌体，其中以丝状细菌最为常见，它们同菌胶团细菌一起，构成了活性污泥絮体的主要成分。丝状细菌具有很强的氧化分解有机物的能力，但由于丝状细菌的比表面积较大，当污泥中丝状菌超过菌胶团细菌而占优势生长时，丝状菌从絮粒中向外伸展，阻碍絮粒间的凝聚使污泥SV值SVI值升高，严重时会造成污泥膨胀现象。因此，丝状细菌数量是影响污泥沉降性能的最重要因素。根据活性污泥中丝状菌与菌胶团细菌的比例，可将丝状菌分成五个等级：0污泥中几乎无丝状菌；级污泥中存在少量无丝状菌；级污泥中存在中等数量丝状菌，总量少于菌胶团细菌；级污泥中存在大量丝状菌，总量与菌胶团细菌大致相等；级污泥絮粒以丝状菌为骨架，数量明显超过菌胶团细菌而占优势。3、活性污泥中的微型动物在处理生活污水的活性污泥中存在着大量的原生动物和部分微型后生动物，其中出现最多的原生动物是以钟虫为代表的纤毛虫类。在处理工业废水的活性污泥中，微型动物的种类和数量往往少得多，有些工业废水处理系统甚至根本看不到微型动物。在污泥培养初期或污泥发生变化时可以看到大量的鞭毛虫、变形虫。而在系统正常运行期间，活性污泥中微型动物以固着型纤毛虫为主，同时可见游动型纤毛虫类（草履虫、肾形虫、豆形虫、漫游虫等）、匍匐型纤毛虫类（楯纤虫、尖毛虫、棘尾虫等）、吸管虫类（足吸管虫、壳吸管虫、锤吸管虫等）等纤毛虫类。固着型纤毛虫类主要是钟虫类原生动物，这是在活性污泥中数量最多的一类微型动物，常见的有沟钟虫、大口钟虫、小口钟虫、累枝虫、盖纤虫、独缩虫等。可查看有关微生物图谱对性污泥中能见到的原生动物进行种类辨别。除了上述仅有一个细胞构成的原生动物以外，尚有由多个细胞构成的后生动物，较常见的有轮虫（猪吻轮虫、玫瑰旋轮虫等）、线虫和瓢体虫等。线虫在膜生长较厚的生物膜处理系统中会大量出现。微型动物在活性污泥中所起的作用：促进絮凝和沉淀：污水处理系统主要依靠细菌起净化和絮凝作用，原生动物分泌的粘液能促使细菌发生絮凝作用，大部分原生动物如固着型纤毛虫本身具有良好的沉降性能，加上和细菌形成絮体，更提高了在二沉池的泥水分离效果。减少剩余污泥：从细菌到原生动物的转换率约为0.5%，因此，只要原生动物捕食细菌就会使生物量减少，减少的部分等于被氧化量。改善水质：原生动物除了吞噬游离细菌外，沉降过程中还会粘附和裹带细菌，从而提高细菌的去除率。原生动物本身也可以摄取可溶性有机物，还可以和细菌一起吞噬水中的病毒。这些作用的结果是可以降低二沉池出水的BOD5、CODCr和SS，提高出水的透明度。活性污泥中微型动物变化与污水处理运行情况的关系活性污泥中出现的微型动物种类和数量，往往和污水处理系统的运转情况有着直接或间接的关系，进水水质的变化、充氧量的变化等都可以引起活性污泥组成的变化，微型动物体积比细菌要大很多，比较容易观察和发现其微型动物的变化，因而可以作为污水处理的指示生物。如果发现单个钟虫活跃，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。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。当发现在大量钟虫存在的情况下，楯纤虫增多而且越来越活跃，这并不是表示曝气池工作状态良好，而很可能是污泥将要变得越来越松散的前兆。如果进一步观察到钟虫数量递减，而楯纤虫数量递增，则更加说明潜伏着污泥膨胀的可能。当发现没有钟虫，却有数量较多的游动型纤毛虫类比如草履虫、肾形虫、豆形虫、漫游虫等，而细菌则以游离细菌为主，此时表明水中有机物还很多，处理程度较低。如果原来水质良好，突然出现固着型纤毛虫类数量减少而游动纤毛虫类数量增加的现象，预示水质将要变差。相反，如果原来水质较差，出现游动纤毛虫类由无到有且数量逐渐增加的现象，则预示水质将向好的方向发展，最后再变为以固着型纤毛虫类为主，则表明水质将会变得很好。当发现等枝虫成堆出现且不活跃，而贝氏硫菌和丝硫细菌积硫点十分明显，同时污泥中有肉眼能见的小白点时，则表明曝气池溶解氧很低（传统活性污泥法一般只有0.5mg/L左右）。正常情况下，固着型纤毛虫类体内有维持水份平衡的伸缩泡定期收缩和舒张，但当污水中溶解氧降低到1mg/L时，伸缩泡就处于舒张状态，不活动，因此可以通过观察伸缩泡的状况来间接推测水中溶解氧的含量。活性污泥中发现积硫很多的丝硫细菌和游离细菌时，往往是因为曝气时间不足，空气量不够，进水量过大，或者是因为水温太低导致污水处理效果较差。镜检时发现各类原生动物很少，球衣细菌或丝硫细菌很多时，往往表明活性污泥已经发生膨胀。二沉池的表面浅水层经常出现许多水蚤，如果其体内血红素低，说明溶解氧含量较高；如果水蚤的颜色很红时，则说明出水中几乎没有溶解氧。由于每个污水处理厂的进水水质和处理工艺存在差异，以上所述是以城市污水或掺有一定比例的生活污水的工业废水处理系统生物相的表观现象，有些工业废水处理系统的微型动物数量就很少，因此活性污泥的生物相也会有所不同。应该经常进行镜检，掌握活性污泥中出现的微型动物种类和数量与污水处理运行状况之间的关系，为利用生物相观察指导污水处理积累经验。六、活性污泥的培养驯化在活性污泥的培养与驯化期间，必须满足微生物生命活动所需的各种条件，而且要尽量理想化。一是保证足够的溶解氧和保持营养平衡，对于缺乏某些营养物质的工业废水，要适量多投加一些营养物质。二是水温、pH值要尽量在最适范围内，且没有大的波动。三是有机负荷要由低而高、循序渐进。培养期间，每隔8小时要对混合液的污泥浓度、污泥指数、溶解氧含量等进行分析化验，同时还要检测进出水的BOD5、CODCr及悬浮物SS等指标，根据检测结果及时加以调整。1、间歇培养法间歇培养法是将污水注满曝气池，然后停止进水，开始闷曝（只曝气而不进水）。闷曝23天后，停止曝气，静沉11.5小时，然后再进入部分新鲜污水，水量约为曝气池容积的1/5即可。以后循环进行闷曝、静沉、进水三个过程，但每次进水量应比上次有所增加，而每次闷曝的时间应比上次有所减少，即增加进水的次数。当污水的温度在1520oC时，采用这种方法经过15天左右，就可使曝气池中的污泥浓度超过1g/L以上，混合液的污泥沉降比（SV）达到15%20%。此时停止闷曝，连续进水连续曝气，并开始回流污泥。最初的回流比应当小些，可以控制在25%左右，随着污泥浓度的增高，逐渐将回流比提高到设计值。2、连续培养法连续培养法是使污水直接通过活性污泥系统的曝气池和二沉池，连续进水和出水；二沉池不排放剩余污泥，全部回流曝气池，直到混合液的污泥浓度达到设计值为止的方法。具体做法有以下三种：低负荷连续培养：将曝气池注满污水后，停止进水，闷曝12天。然后连续进水连续曝气，进水量控制在设计水量的1/2或更低，不排泥也不回流。等曝气池形成污泥絮体后，开始以低回流比（25%左右）回流污泥。当混合液污泥浓度超过1g/L后，开始以设计回流比回流污泥。当混合液污泥浓度接近设计值时，可根据具体情况适量排放剩余污泥。高负荷连续培养：将曝气池注满污水后，停止进水，闷曝12天。然后按设计流量连续进水连续曝气，等曝气池形成污泥絮体后，开始以低回流比（25%左右）回流污泥。当混合液污泥浓度接近设计值时，再可根据具体情况适量排放剩余污泥。接种培养：将曝气池注满污水后，投入大量其他污水处理厂的正常污泥（最好是没有经过消化的新鲜脱水剩余污泥），再按高负荷连续培养法培养。接种培养能大大短污泥培养时间，但大型处理场需要的接种量非常大，运输大量污泥往往不太现实，所以此法一般只适用于规模较小的污水处理厂。当污水处理厂改建或扩建时，利用旧曝气池污泥为新曝气池提供接种污泥，是经常见到的做法。当新建污水处理厂有多个系列的曝气池、附近又没有污水处理厂可以提供接种污泥时，可以先在一个系列利用上述方法成功培养污泥后，再向其他系列曝气池提供接种污泥，从而缩短全场的培养时间和降低培养的能耗。3、活性污泥的驯化活性污泥的驯化通常是针对含有有毒或难生物降解的有机工业废水而言。一般是预先利用生活污水或粪便水培养活性污泥，再用待处理的污水驯化，使活性污泥适应所处理污水的水质特点。经过长期驯化的活性污泥甚至有可能氧化分解一些有毒有机物，甚至将其变成微生物的营养物质。驯化的方法可分为异步法和同步法两种，两种驯化法的结果都是全部接纳工业废水。异步驯化法是用生活污水或粪便水将活性污泥培养成熟后，再逐步增加工业废水在混合液中的比例。每变化一次配比，污泥浓度和处理效果的下降不应超过10%，并且经过710d运行后，能恢复到最佳值。同步驯化法是用生活污水或粪便水培养活性污泥的同时，就开始投加少量的工业废水，随后逐渐提高工业废水在混合液中的比例。对于生化性较好、有毒成分较少、营养也比较全面的工业废水，可以使用同步驯化法同时进行污泥的培养和驯化。否则，必须使用异步驯化法将培养和驯化完全分开。七、活性污泥法的运行管理1活性污泥法的运行控制方法活性污泥法的控制方法有污泥负荷法、SV法、MLSS法和泥龄法等四种，这些方法之间是相互关联、而不是对立的，往往同时使用，互相校核，以期达到最佳的处理效果。污泥负荷法污泥负荷法是污水生物处理系统的主要控制方法，尤其适用于系统运行的初期和水质水量变化较大的生物处理系统。但此法操作复杂，水质水量波动较小的稳定运行城市污水处理厂一般采用其他控制方法，只是定期用污泥负荷法进行核算。污泥负荷控制得过高时，微生物生长繁殖速率加快，尽管代谢分解有机物的能力很强，但由于细菌能量高、趋于游离生长状态，会导致污泥絮体的解絮，二沉池出水变浑浊，处理效果变差。污泥负荷控制得过低时，有可能导致污泥过氧化而引起的解絮现象，二沉池出水水清但含有较多悬浮污泥颗粒。一般活性污泥法的污泥负荷Ns控制范围为0.20.3 kgBOD5/(kgMLSSd)，对于难生物降解的工业废水，Ns值应控制得更低一些。MLSS法MLSS法是经常测定曝气池内MLSS的变化情况，通过调整排放剩余污泥量来保证曝气池内总是维持最佳MLSS值的控制方法，适用于水质水量比较稳定的生物处理系统。应根据运行经验找出不同季节、不同水质水量条件下的最佳MLSS值，再通过调整排泥量和回流比等运行参数，使曝气池内MLSS维持最佳。一般空气曝气活性污泥法的最佳MLSS为23g/L，纯氧曝气活性污泥法的最佳MLSS在5g/L左右。SV法对于水质水量稳定的生物处理系统，SV值能代表活性污泥的絮凝和代谢活性，反映系统的处理效果。运行管理过程中可以分析总结不同条件下的最佳SV值，每日每班测定SV值，再通过调整回流污泥量、排泥量、曝气量等参数，使曝气池混合液SV值维持最佳。SV法操作简单迅速，但SV不能正确反应MLSS具体值，准确性较差，需要配合其他控制方法一起应用。SV值可以通过增减剩余污泥的排放量来加以调节，SV值的变动性较大，而且与进水量有关。因此最好每个运行班都需要测定混合液的SV值，而且要与进水量相对照验证。泥龄法泥龄法是通过控制系统的污泥停留时间最佳来使处理系统维持最佳运行效果的方法。泥龄与处理预期目标有直接关系，比如要达到硝化效果泥龄必须很长，而单独去除BOD5时泥龄可以短得多。宏观上可以通过调整排泥量实现对泥龄的控制，但控制泥龄又必须以维持曝气池混合液一定的MLSS值为前提。2活性污泥法日常管理项目对活性污泥状况的镜检和观察：用肉眼观察活性污泥的颜色是否是正常的茶褐色，同时用鼻子闻活性污泥的气味是否正常（稍具泥土味），并用显微镜观察活性污泥中的生物相。曝气充氧不足时，污泥会发黑发臭；当曝气充氧过度或负荷过低时，污泥色泽会较淡。观察曝气效果：主要观察曝气池液面的翻腾情况和泡沫的变化情况。成团大气泡上升是曝气系统局部堵塞的表现，而液面翻腾很不均匀往往是存在不曝气死角所致。泡沫增多或颜色变化一般反映进水水质发生了变化或负荷等运行状态发生了变化。曝气时间：曝气时间指活性污泥微生物氧化分解有机污染物的时间，即污水在曝气池内的平均停留时间HRT。不仅与要处理的污水的水量有关，更与水质和采用的处理方法密切相关，曝气时间应以使处理后的排水达到国家有关标准为依据，通常要根