好氧活性污泥系统的运行调度与异常问题对策
一、运行调度
1、活性污泥系统的运行调度
在运行管理中，经常要进行运行调度，对一定水质水量的污水，确定投运几条曝气池、几座二沉池、几台鼓风机，以及多大的回流能力，每天要排放多少污泥。运行调度方案可按以下程序编制：
（1）确定水量和水质 即准确测定污水流量Q，入流污水的BOD5及有机污染物的大体组成。
（2）确定有机负荷F/M 应结合本厂的运行实践，借助一些实验手段，选择最佳的F/M值。一般来说，污水温度较高时，F/M可高一些。反之，温度较低时，F/M应低一些。对出水水质要求较高时，F/M应低一些，反之，可高一些。传统活性污泥工艺的F/M一般在0.2-0.5kgBOD5/(kgMLVSS·d)范围内。
（3）确定混合液污泥浓度MLVSS MLVSS值取决于曝气系统的供氧能力，以及二沉池的泥水分离能力。从降解污染物质的角度来看，MLVSS应进量高一些，但当MLVSS太高时，要求混合液的DO值也就越高，前已述及，在同样的供氧能力时，维持较高的DO值需要较多的空气量，而一些处理厂的曝气系统难以达到要求。另外，当MLVSS 太高时，要求二沉池又叫强的泥水分离能力，一些处理厂的二沉池表面积相对较小，难以提供充足的泥水分离能力。因此，应根据处理厂的实际情况，确定一个最大MLVSS 值，一般在1500-3000mg/L之间。
（4）确定曝气池的投运数量 可用下式计算:
n=QBODi/F/MMLVSSVa
式中 n —－ 曝气池数量，个；
Q ―― 污水处理量，m3/d；
BODi――污水原BOD浓度,g/L；
F/M ――污泥负荷，kgBOD/(kgVSS·d)；
MLVSS――混合液挥发固体浓度；
Va――每条曝气池的有效容积。
从式中可以看出，有机负荷F/M值越低，投运曝气池的数量就越多。同样，MLVSS越低，需要投运曝气池数也越多。
（5）核算曝气时间Ta 曝气时间，即污水在曝气池内的名义停留时间，不能太短，否则，难以保证处理效果。对于一定水质水量的污水，当控制F/M在某一定值时，采用较高的。MLVSS运行，往往会出现Ta太短的现象。如Ta太短，即污水没有充足的曝气时间，污水中的污染物质没有充足的时间被活性污泥吸附降解，即使F/M很低，MLVSS很高，也不会得到很好的处理效果。因此，运行中应核算Ta值，使其大于允许的最小值。当然，Ta一般情况下也没有必要太大。传统活性污泥工艺一般控制Ta在6~9h之间，最低不能小于5h。Ta用下式计算：
Ta=Va·n/Q
式中 n－－投运曝气池的数量。
当Ta太小时，可以降低MLVSS值，增加投运池数。
（6）确定鼓风机投运台数 可用下式计算：
n=fo·Q·BODi/300Ea·Qa
式中 Qa－－单台鼓风机的日供风量；
fo－－耗氧系数，kgO2/kgBOD；
Ea－－空气扩散器充氧效率，%。
（7）确定二沉池的水力表面负荷qh qh越小，泥水分离效果越好，一般控制qh不大于1.5m3/(m2·h)。
（8）确定二沉池投运数量 可用下式计算：
n=Q/qh·Ac
式中 Ac－－单座二沉池的表面积。
（9）确定回流比R 回流比R是运行过程中的一个调节参数，前已述及，R应在运行过程中根据需要加以调节，但R的最大值受二沉池泥水分离能力的限制，另外，R太大，会增大二沉池的底流流速，干扰沉降。在运行调度中，应确定一个最大回流比R，以此作为调度的基础。传统的活性污泥工艺的最大回流比可按100%考虑。
（10）核算二沉池的固体表面负荷qs 每座二沉池的qs可用下式计算：
qs=(1+R)·Q·MLSS/Ac·n
式中 n－－二沉池投运数量。
在运行中，当固体表面负荷超过最大允许值时，将会使二沉池泥水分离困难，也难以得到较好的浓缩效果。传统活性污泥工艺一般控制qs不大于100kg/(m2·d)，否则应降低回流比R，或降低MLSS，也可以增加投运的二沉池数量。
（11）核算二沉池出水堰板溢流负荷qw 可用下式计算：
qw=Q/Lw·n
式中 n－－二沉池投运数量；
Lw－－每座二沉池出水堰板的总长度。
当传统活性污泥工艺的二沉池采用三角堰板出时，一般控制qw不大于10m3/(m·h)。否则，应增加二沉池投运数量。。对于辅流式二沉池来说，在控制qh满足要求的前提下，二沉池直径较大时，qw一般都远小于10m3/(m·h)。
2. 活性污泥系统的控制周期问题
处理厂对活性污泥系统很难做到时时刻刻进行调控。那么每隔多长时间就应对工艺进行调整一次呢？也就是说，工艺控制周期应该是多长？
我们首先讨论曝气系统的调节。对曝气系统可以进行所谓的实时控制，使曝气池混合液的DO值时时刻刻维持在所要求的数值。很多处理厂一般都设有DO自动控制系统，一旦DO偏离设定值，通过调节曝气量，可在几分钟或十几分钟之内使DO恢复到设定值。对曝气系统进行实时控制是必要的，因为DO太高，将使能耗增加，DO太低将抑制微生物的活性，降低处理效果。通过实时控制，可使活性污泥时刻处于好氧状态，并且不使DO成为限制性因素。
回流的作用是补充曝气流出的活性污泥。当入流水质水量变化时，自然也希望能随时调整回流比。但污水在活性污泥系统中一般要停留8h以上，以回流比进行某种调节之后，其效果可能要几小时之后才能反映出来。因此，通过回流比调节，无法控制污水水质水量的随时变化。一般情况下，每月之内可保持恒定的回流比。在运行管理中，回流比作为应付突发情况的一种暂时手段是很有用的。例如当发现二沉池泥水界面突然升至很高时，可迅速增大回流比，将水界面降下来，保证不造成污泥流失。然后再分析原因，寻找其他措施，待问题解决之后，再将回流比调回原值。回流比虽可长期保持恒定，但必须每天检查其是否合理，如不合理，可随时作调整。
排泥操作对活性污泥系统的功能及处理效果影响很大，但这种影响很慢。例如，通过调节排泥量控制活性污泥中丝状微生物的过度繁殖，其效果一般要经过2～3倍泥龄之后才能看出来。也就是说，当泥龄5d时，要经过10～15d之后才能观察到调节排泥量所带来的控制效果。因此，也无法通过排泥量操作来控制入流水质水量的日变化，当排泥量调节见效时，发生变化的那股污水早已流出系统。但排泥量的多少，应利用F/M或SRT值每天进行核算。
综上所述，曝气系统应实时控制；回流比可在较长的时间内维持恒定，但应每天检查核算；排泥量亦可在j较长的时段内维持恒定，但应每天核算。当进入污水流量发生变化或水质突变时，应随时采取控制对策，或重新进行运行调度。
二、异常问题对策
由于工艺控制不当，进水水质变化以及环境因素变化等原因会导致污泥膨胀、生物相异常、污泥上浮、生物泡沫出现等生物异常现象，这些问题如不立即解决，最终都会导致出水质量的降低。
1.污泥膨胀及其控制
污泥膨胀是活性污泥常见的一种异常现象，系指活性污泥由于某种因素的改变，产生沉降性能恶化，不能在二沉池内进行正常的泥水分离，污泥随出水流失。发生污泥膨胀以后，流出的污泥会使出水SS超标，如不立即采取控制措施，污泥继续流失会使曝气池的微生物量锐减，不能满足分解污染物的需要，从而最终导致出水BOD5也超标。活性污泥的SVI值在100左右时，其沉降性能最佳，当SVI超过150时，预示着活性污泥即将或已经处于膨胀状态，应立即予以重视。在沉降试验中，如发现区域沉降速度低于0.6m/h，也应引起重视。在活性污泥镜检中，如发现丝状菌的丰度逐渐增大，至（d）级时，应予以重视，至（e）级时，污泥处于膨胀状态。丝状菌丰度至（f）级，说明污泥处于严重膨胀状态。
污泥膨胀总体上分为两大类：丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。前者系活性污泥续絮体中的丝状菌过度繁殖，导致的膨胀；后者系菌胶团细菌本身生理活动异常产生的膨胀。
（1）丝状菌膨胀的存在条件及成因 正常的活性污泥中都含有一定量的丝状菌，它是形成活性污泥絮体的骨架材料。活性污泥中丝状菌数量太少或没有，则形不成大的絮体，沉降性能不好；丝状菌过度繁殖，则形成丝状菌污泥膨胀。在正常的环境中，菌胶团的生长速率大于丝状菌，不会出现丝状菌过度繁殖；如果环境条件发生变化，丝状菌由于其表面积较大，抵抗环境变化的能力比菌胶团细菌强，其数量超过菌胶团细菌，从而过度繁殖导致丝状菌污泥膨胀。引起环境条件变化的因素有以下几个方面：
1) 进水中有机物质太少，导致微生物食料不足；
2) 进水中氮、磷营养物质不足；
3) pH值太低，不利于细菌生长；
4) 曝气池内F/M太低，微生物食料不足；
5) 混合液内溶解氧DO太低，不能满足需要；
6) 进水水质或水量波动太大，对微生物造成冲击。
出现以上情况之一，均可为丝状菌过度繁殖提供必要条件，导致丝状菌污泥膨胀。另外，丝状菌大量繁殖的适宜温度在25～30℃，因而夏季益发生丝状菌污泥膨胀。以上所述的丝状菌指球衣菌，当入流污水“腐化”、产生出较多的H2S（超过1～2mg/L）时，还会导致丝状菌硫磺细菌（丝硫菌）的过量繁殖，导致丝硫菌污泥膨胀。
（2）非丝状菌膨胀的存在条件及成因 非丝状菌膨胀系由于菌胶团细菌生理活动异常，导致活性污泥沉降性能的恶化。这类污泥膨胀又可分二种，一种是由于进水口含有大量的溶解性的有机物，使污泥负荷F/M太高，而进水中又缺乏足够的氧、磷等营养物质，或者混合液内溶解氧不足。高F/M时，细菌会很快把大量的有机物吸入体内，而由于缺乏氮、磷或DO不足，又不能在体内进行正常的分解代谢。此时，细菌会向体外分泌出过量的多聚糖类物质。这些物质由于分子式中含有很多氢氧基而具有较强的亲水性，使活性污泥的结合水高达400%（正常污泥结合水为100%左右），呈粘性的凝胶状，使活性污泥在二沉池内无法进行有效的泥水分离及浓缩。这种污泥膨胀有时称为粘性膨胀。
另一种丝状菌膨胀是进水中含有较多的毒性物质，导致活性污泥中毒，使细菌不能分泌出足够量的粘性物质，形不成絮体，从而也无法在二沉池内进行泥水分离。这种污泥膨胀称为低粘性膨胀或污泥的离散增长。
（3）污泥膨胀的控制措施 污泥膨胀控制措施大体可分成三大类，一类是临时控制措施，另一类是工艺运行调节控制措施，第三类是永久性控制措施。
临时控制措施主要用于控制由于临时原因造成的污泥膨胀，防止污泥流失，导致SS超标。临时控制措施包括污泥助沉法和灭菌法二类。污泥助沉法系指向发生膨胀的污泥中加入助凝剂，增大活性污泥的密度，使之在二沉池内易于分离。常用的助凝剂有聚合氯化铁、硫酸铁、硫酸铝和聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂。有的小处理厂还加粘土或硅藻土作为助凝剂。助凝剂投加量不可太多，否则易破坏细菌的生物活性，降低处理效果。FeCl3常用的投加量为5～10mg/L。灭菌法系指向发生膨胀的污泥中投加化学药剂，杀灭或抑制丝状菌，从而达到控制丝状菌污泥膨胀的目的。常用的灭菌剂有NaClO，ClO2，Cl2，H2O2和漂白粉等种类。由于大部分处理厂都设有出水加氯消毒系统，因而加氯量控制丝状菌污泥膨胀成为最普遍的一种方法。具体操作步骤如下：
1)运行实践及历史数据积累，确定一个临界SVI值。当污泥指数低于该临界值时，不影响二沉池的泥水分离及出水水质。该临界值为最大允许污泥指数SVIm。
2)持续测定SVI超过SVIm的次数和程度，决定是否采取控制措施。
3)选择最佳加氯点。首先应考虑到氯能在污泥中充分均匀混合，并尽快与丝状菌接触。其次尽量选择有机物含量较低的部位做投加点，以便降低投药量。因此，最佳加氯点是在回流污泥泵上，如果渠道上有搅拌设备，则投加点设在搅拌设备附近，如无搅拌设备，则宜设在回流泵附近。
4)氯量的计算。一般按系统内的污泥总量计算加氯量：
m=K·M
式中 K－－单位污泥每日加氯量，8～10kgkgCl2/(kg·d);
M－－系统活性污泥总量。
5）核算加氯点污泥中氯的浓度。氯是对微生物无选择性的杀伤剂既能杀灭丝状菌，也能杀伤菌胶团细菌。因此，应严格控制投加点氯的浓度。一般控制在35mg/L以下。
6）实际加氯过程中，应由小剂量逐渐进行，并随时观察SVI值及生物相。当发现SVI值低于SVIm或镜检观察到丝状菌菌丝溶液，应立即停止加氯。开始加氯量可取由（m=K·M）式计算出的加氯量的1/5，然后每日逐渐增大，一般需持续3倍泥龄长的时间能控制住。
最后需要强调，灭菌法适用于丝状菌污泥膨胀，而助沉法一般用于非丝状菌污泥膨胀。
工业运行调节控制措施用于运行控制不当产生的污泥膨胀。例如，由DO太低导致的污泥膨胀，可以增加供氧来解决；由于pH值太低导致的污泥膨胀，可以通过增加预曝气来解决；由于氮磷等营养物质的缺乏导致的污泥膨胀，可以投加应用物质；由于低负荷导致的污泥膨胀，可以在不降低处理功能的前提下，适当提高F/M。另外，对混合液进行适当的搅拌，也有利于丝状菌污泥膨胀的控制。
永久性控制措施系指对现有处理措施进行改造，或设计新厂时予以充分考虑，使污泥膨胀不发生，以防为主。常用的永久性措施是曝气池前设生物选择器。通过选择器对微生物进行选择培养，即在系统内只允许菌胶团细菌的增长繁殖，不允许丝状菌大量繁殖。选择器有三种：好氧选择器、缺氧选择器和厌氧选择器。这些所谓的选择器一般只是在曝气池首端划出一格进行搅拌，使污泥与污水充分混合接触，污水在选择器中的水力停留时间一般为5～30min， 常采用20min左右。好氧选择器内需对污水进行曝气充氧，使之处于好氧状态，而缺氧选择器和厌氧选择器只搅拌不曝气。好氧选择器防止污泥膨胀的机理是提供一个DO充足，食料充足的高负荷区，让菌胶团率先抢占有机物，不给丝状菌过度繁殖的机会。在完全混合活性污泥工艺的曝气池前段，设一个好氧选择器，其控制污泥膨胀的效果是非常明显的。缺氧选择器与厌氧选择器的设施和设备完全一样，它们发挥什么样的功能完全取决于活性污泥的泥龄。当泥龄较长时，会发生较完全的硝化，选择器内会含有较多硝酸盐，此时为缺氧选择器。当泥龄较短时，选择器内既无溶解氧，也无硝酸盐，此时为厌氧选择器。缺氧选择器控制污泥膨胀的原理，是绝大部分菌胶团细菌能利用选择器内硝酸盐中的化合态氧作氧源，进行生物繁殖，而丝状菌（球衣菌）没有这个功能，因而在选择器内受到抑制，增殖落后于菌胶团细菌，大大降低了丝状菌膨胀发生的可能。厌氧选择器控制污泥膨胀的原理是，绝大部分种类的丝状菌（球衣菌）都是绝对好氧，在绝对厌氧状态下将受到抑制。而绝大部分的菌胶团细菌为兼性菌。在厌氧状态下将进行厌氧代谢，继续增殖。但是，厌氧选择器的设置，会导致产生丝硫菌污泥膨胀的可能性，因为菌胶团细菌厌氧代谢会产生硫化氢，从而为丝状菌的繁殖提供条件。因此，厌氧选择器的水力停留时间不宜太长。将现有传统活性污泥系统稍加改造成一些变形工艺，如吸附再生工艺，逐点进水工艺等形式，也能有效地防止污泥膨胀地发生。另外，近年来出现的一些新工艺，如A2-O、A-B、SBR等工艺也能有效地防止污泥膨胀。
2.生物泡沫及其控制
泡沫是活性污泥法处理厂中常见的运行现象。泡沫分为两种，一种是化学泡沫，另一种是生物泡沫。化学泡沫是由于污水中的洗涤剂以及一些工业用表明活性物质在曝气的搅拌和吹脱作用下形成的。在活性污泥培养初期，化学泡沫较多，有时在曝气池表面会形成高达几米的泡沫山。这主要是因为初期活性污泥尚未形成，所有产生泡沫的物质在曝气作用下都形成了泡沫。随着活性污泥的增多，大量洗涤剂或表面物质会被微生物吸收分解掉，泡沫也会逐渐消失。正常运行的活性污泥系统中，由于某种原因造成污泥大量流失，导致F/M剧增，也会产生化学泡沫。化学泡沫处理较容易，可以用水冲消泡，也可加消泡剂。较难处理的是生物泡沫，它是由称作诺卡氏菌的一类丝状菌形成的。化学泡沫呈乳白色，而生物泡沫呈褐色，可在曝气池上堆积很高，并进入二沉池随水流走，产生一系列卫生问题。首先，生物泡沫蔓延至走道板上，使操作人员无法正常维护。另外，生物泡沫在冬天能结冰，清理起来异常困难。夏天生物泡沫会随风飘荡，形成不良气味。目前，预防医学还认为诺卡氏菌极有可能成为人类的病原菌。如果采用表明曝气设备，生物泡沫还能组织正常的曝气充氧，使混合液DO降低。生物泡沫还能随排泥进入泥区，干扰浓缩池及消化池的运行。用水冲无法冲散生物泡沫，消泡剂作用也不大。有的处理厂曾尝试用加氯解决，但收效不大，因为诺卡氏菌产生于活性污泥絮体内部。增大排泥，降低SRT，有时稍有效果，但不能从根本上解决问题。因为已发现诺卡氏菌有很多种，绝大部分的世代期长，而有的世代期仅2d，采用增大排泥方法，只能去除世代期长的那部分诺卡氏菌。综上所述，生物泡沫控制的根本措施是从根源上入手，以防为主。
已经知道，诺卡氏菌是形成生物泡沫的主要原因。这种丝状菌为树枝状丝体，其细胞中蜡质的类脂化合物含量可高达11%，细胞质和细胞壁中都含有大量类脂物质，具有极强的疏水性，密度较小。在曝气作用下，菌丝体能伸出液面，形成泡沫。诺卡氏菌在温度较高（＞20℃）、富油脂类物质的环境中易大量繁殖。因此，入流污水中含油及脂类物质较多的处理厂（入大量宾馆饭店污水排入）或初沉池浮渣去除不彻底的处理厂易产生生物泡沫。在上述处理厂中，夏天又比冬天易产生生物泡沫。虽然诺卡氏菌世代期有长有短，但绝大部分都在9d以上，因而超低负荷的活性污泥系统中更易产生生物泡沫。
3.污泥上浮问题及其控制
污泥上浮广义上泛指污泥在二沉池内上浮，但在运行管理中，专指由于污泥在二沉池内发生酸化或反硝化导致的污泥上浮。发生污泥上浮的污泥，本身不存在质量问题，其生物活性和沉降性能都很正常。当这些正常的污泥在二沉池内停留时间太长时，由于缺乏溶解氧而发生酸化，产生H2S气体附在污泥絮体上，使其密度减小，造成污泥上浮。当系统的SRT较长，发生硝化以后，进入二沉池的混合液中会有大量的硝酸盐，污泥在二沉池内由于缺乏溶解氧而发生反硝化，造成污泥上浮，大量流失，导致运行彻底失败。
污泥上浮的控制措施，一是保持及时排泥，不使污泥在二沉池内停留时间太长，二是在曝气池末端增加供氧，使进入二沉池的混合液内有足够的溶解氧，保持污泥不处理于污泥状态。对于反硝化造成的污泥上浮，还可以增大剩余污泥的排放，降低SRT，控制硝化，以达到控制反硝化的目的。
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