沉降比在活性污泥法处理污水运行管理中的指导作用

刘文亚 吕宝兴 刘国菊
（纪庄子污水处理厂）

　　污水处理的方法很多,对于大、中型污水处理厂来说，活性污泥法仍是首选工艺，因为它具有运行稳定，耐负荷运行成本低维护方便和处理效果良好的特点。在以活性污泥法处理污水的实际运行中，影响污水处理效果的因素很多，例如：曝气池混合液浓度（MLSS）、污泥沉降比、污泥负荷、污泥回流比、停留时间、溶解氧（DO）、挥发性混合液浓度（MLVSS）、气水比、水温、pH值等都是影响污水处理效果的重要因素，但是，在污水处理工艺的运行管理中，大多以曝气池混合液浓度、沉降比、污泥指数、进出水水质作为指导运行的主要参数。我厂运行十几年来，重点通过曝气池污泥沉降比辅以其它参数来指导污水处理工艺运行，本文对沉降比在运行管理中的重要作用加以研究和探讨。

1 理论依据

　　利用活性污泥法处理污水，主要是通过活性污泥微生物，在有氧的情况下，将有机物合成新的细胞物质或将其分解代谢，然后再经过由合成细胞形成的菌体有机物的絮凝、沉淀、分离，从而达到去除污水中有机物、净化污水的目的。微生物代谢关系图如下：

　　污水净化的重要环节，首先是污水中有机物在曝气池中微生物的作用下合成菌胶团的过程,其次是菌体有机物的絮凝、沉淀和分离过程；由此推论、研究证明，影响污水处理质量的主要因素：首先是曝气池中由菌体有机物形成的活性污泥浓度（MLSS）的大小；其次是活性污泥凝聚、沉淀性能的好坏。而污泥沉降比（SV％）是指曝气池混合液在100ml量筒中，静置、沉淀30min后，沉淀污泥与混合液之体积比（％）。由此，一方面，可以直接了解污泥凝聚、沉淀性能的好坏；另一方面，污泥沉降比值在一定程度上也是污泥浓度大小的定量反映；因此，污泥沉降比是用以指导工艺运行的重要参数。
1.1 MLSS是影响污水中有机物去除的关键
　　活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成（活性污泥增长）、有机物（包括一部分细胞物质）的氧化分解和氧的消耗组成。当氧供应充足时，活性污泥的增长分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期。在每个增长期，有机物的去除速率、氧利用速率、活性污泥特征等都各不相同。研究发现，有机物（F）与微生物（M）的比值（污泥负荷率F：M）是影响活性污泥处于不同阶段即影响有机物从污水中去除效果的重要因素。

　　F:M=Ns=QL_a/XV(KgBOD₅/KgMLSS·d)
　　式中：Q －污水流量，m3/d
　　　　　L_a－进水有机物（BOD₅）浓度，mg/l
　　　　　V －曝气池容积，m3
　　　　　X －混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/l

　　在一般城市污水处理厂，曝气池容积固定，进水水量和水质（BOD₅浓度）比较稳定，由以上公式不难发现，MLSS的大小是污泥负荷率的决定因素，直接影响污水中有机物的去除情况。
1.2一般情况下，污泥沉降比值是MLSS定量的直观反映
　　这一点由以下公式可以证明

　　MLSS(g/L)=SV/SVI

　　式中SVI(ml/g)为污泥指数，即评定活性污泥凝聚、沉淀性能的指标。在稳定的污水处理工艺中，由于SVI值在一段时间内基本保持在某一稳定区间，因此，通常情况下，污泥沉降比值能够反映曝气池中混合液的浓度，它与污泥浓度成正比例关系。

2 实践应用

　　在以活性污泥法处理污水的二级污水处理厂，影响污水处理工艺运行效果的因素很多,在缺乏经验数据支持情况下，运行管理人员均以沉降比作为指导运行的主要参数，首先，因为它具有操作简单、历时短的特点；其次，运行管理人员、工艺工程师可以通过测量污泥沉降比随时观察活性污泥的絮凝、沉淀过程，了解活性污泥特性，掌握活性污泥量，判断曝气池工艺运行情况，为工艺调整提供科学依据，从而由此控制污水处理效果。
2.1沉降比与污泥指数（SVI）的关系
　　由测量污泥沉降比的过程，可以直接了解污泥絮凝、沉淀性能的好坏。在我厂运行中，当SVI值在80-120之间，此时污泥呈褐色、絮状，沉淀性能良好；当SVI值小于80时，说明污泥泥龄过长或有机物含量过低，此时污泥细碎，颜色发黑，活性不好；当SVI值大于120时，污泥过于松散，呈浅褐色，沉淀性能较差；另外，污泥沉降比测量结束后，通过观察量筒中污泥放置多少时间后上浮，可以判定曝气池的供氧情况。如污泥在静沉放置3-4小时后仍不上浮，呈褐色，证明活性污泥性状较好，曝气供氧充分；如静沉2小时左右污泥上浮，呈黑色，说明污泥厌氧，曝气池供氧量不足。
　　在工艺运行中，如果进水量、剩余污泥排放量等运行条件比较稳定，污泥沉降比值不会发生突变，SVI值也比较稳定，此时的污泥沉降比值对应一定的活性污泥浓度。但是，当污泥沉降比值在进水水质、温度或其它运行条件的影响下突然发生改变时，说明活性污泥增长期将处在不同阶段，SVI值也必然受到影响，此时污泥沉降比值与MLSS的对应关系也将发生改变。下面是两个在一定条件下影响沉降比值突然发生改变的例子。
　　（1）因故使曝气池停止曝气一段时间，在此前、后污泥沉降比值与SVI值、MLSS的对应关系情况

　　（2）暴雨前、后污泥沉降比值与SVI值、MLSS的对应关系情况

　　这两种情况的影响条件尽管不同，但其变化的根本原因实际上是一样的，都是因微生物受到了客观条件影响（前者是缺氧；后者是受到暴雨冲击），使微生物松散，因而无法形成良好的污泥絮凝体，SVI值也相应增大，此时的出水中悬浮物（SS）浓度偏高。但这种情况是暂时的，通过对污泥沉降比大小的掌握，适当确定剩余污泥的排放量，使MLSS值稳定在适当范围，待活性污泥絮凝体吸附能力增强，SVI值趋于正常，出水也将显著澄清，此时水质达标。
　　上述情况表明，一方面，运行管理和操作人员可以通过活性污泥沉降过程发现问题，从污泥沉降比大小的突变、活性污泥颜色及静置后上浮情况，了解污泥性质及曝气供氧情况；另一方面，运行管理人员可以通过观察污泥沉降比来确定剩余污泥的排放量，从而控制曝气池中污泥浓度的大小，使曝气池污泥负荷处于沉降区，确保出水水质。
2.2沉降比与污泥浓度（MLSS）的关系
　　（1）在SVI值比较稳定的情况下，污泥沉降比值与污泥浓度存在着一定的线性或对数关系。通过对多年的相关数据进行分析研究，得出在SVI为不同值时污泥沉降比与污泥浓度的对应关系，如图1、图2、图3：

　　以上三图及对应关系式表明：当SVI＜120时，污泥沉降比与MLSS呈线性关系，其中，当SVI＜80时，MLSS值随污泥沉降比变化的斜率比80＜SVI＜120时的大，当SVI>120时，污泥沉降比与MLSS呈对数关系。这说明：当SVI值比较稳定的情况下，污泥浓度与污泥沉降比之间存在着稳定的对应关系。随着SVI值的阶段性增大，污泥浓度随污泥沉降比变化的幅度越来越小。
　　（2）温度在一定程度上影响污泥沉降比与污泥浓度的关系，即污泥指数的大小。
　　污泥沉降比与污泥浓度的对应关系，主要因SVI值的改变而发生变化，SVI值大小的改变，除受生物增长期和一些偶然因素影响外，温度是影响SVI值大小的主要因素。下图为一年四季中不同月份下所对应的SVI值情况。

　　此图表明，在一年四季中，SVI值随着季节的不同变化较大，一般情况下，在换季季节，SVI值会突然增大，后来，随着对季节温度的适应，SVI值又逐渐减小，直到下一个季节的转换，SVI值又出现另一个最高值。由图4可以看出，SVI在1月、5月、9月出现较高值，在2月、8月、12月出现较低值，总体来讲，春季SVI值相对较高，冬季较低。当然，因每年的季节温度变化不会完全一样，再加上其它因素的影响，所以每年SVI值随季节的变化曲线也会有所不同，但是，因季节温差而产生的对SVI值的影响将不会改变，其影响趋势也基本相同。
　　（3）污泥沉降比对污水处理效果的影响
　　不同的污泥沉降比，会导致不同的污水处理效果，图5、图6、图7分别为BOD去除率、COD去除率、SS去除率与污泥沉降比的关系图。
　　由上图可以看出，BOD去除率在沉降比大于5%且小于50%的情况下，基本都能稳定在80%以上，当沉降比大于50%时，BOD去除率趋于分散。COD去除率在沉降比小于15%时不太稳定，当沉降比值在15%和50%之间时，其去除率基本能稳定在80%以上，当沉降比大于50%时，COD去除率明显出现不稳定趋势。SS去除率在沉降比小于15%时很不稳定，当沉降比在25%和50%之间时，基本能保持在85%以上，当沉降比大于50%时，SS去除率也趋于分散。三图说明：沉降比小于15%时，曝气池混合液浓度低，活性污泥发育不良，处于不成熟期，污泥絮凝、沉淀效果差，菌胶团松散，活性污泥微生物不活跃，从而造成出水水质不稳定，甚至不能达标；当沉降比在15%～50%之间时，活性污泥已经成熟，混合液浓度较高，一般都在2000～3000mg/l左右，污泥负荷处在沉降区段，污泥絮凝、沉淀性能都比较好，微生物也很活跃,出水水质稳定。为了减少曝气池的鼓风量，节约能源，我们一般将污泥沉降比控制在15%～30%之间。
　　综上所述，在以活性污泥法处理污水的污水处理厂，对运行管理人员来说，不论从理论还是从实践上看，测定污泥沉降比是用以指导工艺运行的重要方法。因为它不但操作简单、方便，而且能使运行管理人员随时了解曝气池中活性污泥的浓度和泥质情况，从而掌握和控制整个工艺的运行参数，通过确定稳定的污泥沉降比值，可以达到控制污水处理效果，保证出水水质的目的。