污水廠過曝的討論
上一篇的《污水廠污泥困境》的文章中提到了污水廠過曝氣對污泥產(chǎn)量的影響，引起了一些討論，大家對過曝氣的看法有很多更好和更深刻的見解，為了把這個問題解析清楚，這一篇就對污水廠過曝氣進行展開討論下。
污水廠的過曝氣是在運行中出現(xiàn)的一種運行工況，在正常運行下，污水氣（曝氣量）、水（進水水質(zhì)、水量）、泥（活性污泥濃度）三者是一個動態(tài)平衡，但是這種平衡會收到外界環(huán)境因素的不斷變化而被不停的打破，再進入到一個新的平衡中去。定義過曝氣的狀態(tài)就是指在運行中，曝氣系統(tǒng)提供了超越活性污泥系中的微生物降解污水中有機物所需的氧氣的量，造成了活性污泥系統(tǒng)中的氧氣富裕，檢測生物池內(nèi)溶解氧的含量過高（4mg/L以上）的狀態(tài)。
在運行人員心中一種普遍的思路認為，過曝狀態(tài)下，活性污泥中的微生物在降解完污水中的有機物以后，就會開始自身消耗，也就達到了活性污泥的內(nèi)源呼吸期，使活性污泥自我消化，從而減少活性污泥的產(chǎn)量。
傳統(tǒng)的活性污泥的污泥產(chǎn)量計算公式中：
ΔX=Y（S0-Se）Q-KdVXV
ΔX：是每日增長的揮發(fā)性污泥量（VSS）
Q：為每日進水量
S0-Se：為每日進出水的有機物BOD5的差值，也可以用COD，但要乘以一個B/C 的系數(shù)。
Kd：活性污泥微生物的自身氧化率，生活污水一般比較低，在0.07左右。
Xv：曝氣池內(nèi)的揮發(fā)性懸浮固體濃度，MLVSS
V：曝氣池體積。
從公式中可以看到污泥增長量主要來自于有機物的去除量和污泥的自身氧化量，污泥自身氧化率由于在生活污水中Kd值的取值會比較低為0.07，工業(yè)廢水相對較高，為0.5~0.65，這兩個取值對于前面的增長量來說，是一個比較低的數(shù)值，在常規(guī)滿負荷運行狀態(tài)下，活性污泥的自身氧化量會比較小，但是在污水廠運行初期；進水量不足；有機負荷不足等情況下，公式前端的數(shù)值就會比較小，后段的數(shù)值比較大，這時會出現(xiàn)污泥增長量很小，甚至為負的情況。注意這種情況是由于進水水質(zhì)、水量決定的，從平衡意義上說也是過曝的一種表現(xiàn)。
活性污泥的內(nèi)源呼吸期，是在活性污泥絮凝體外界污水中的有機物已經(jīng)不能滿足微生物生長所需的營養(yǎng)，微生物開始分解，代謝自身的細胞物質(zhì)，以維持生命活動。在這個過程中，微生物還在微弱增殖，但是速率遠低于自身的氧化速率，活性污泥量開始減少，但是內(nèi)源呼吸降解的是細胞內(nèi)易降解的部分，對于難降解的細胞壁和細胞質(zhì)等物質(zhì)無法利用，因此活性污泥是不可能依靠內(nèi)源呼吸完全消失的。從下圖中也可以看到隨著進入到內(nèi)源呼吸期以后，污泥量出現(xiàn)了下降，但是下降的趨勢平緩，遠遠達不到對數(shù)增殖期的增長量。
在實際污水廠的進水中，污泥產(chǎn)量不僅僅來自于微生物對有機物的降解過程的自我繁殖，還有一部分是進水中的無機顆粒，這部分大部分以SS形式存在，特別是SS中的無機成分，是不可生物降解的，是構(gòu)成污水廠污泥產(chǎn)量的另一個主要來源，這部分無機成分不論曝氣如何過量都是無法去除的，所以過曝的情況下，這部分污泥是無法減量的。在過曝的期間，部分的難降解的有機物并不能被常規(guī)的曝氣去除，在一些特殊的工業(yè)廢水中，盡管通過４０～５０小時的曝氣，仍有部分難降解COD存在，并且活性污泥的數(shù)量并沒有預期中大量減少。在污水廠的工藝調(diào)整中通過過量曝氣來大量減少污泥產(chǎn)量的做法很少應用到工程實際中來，更多的是通過精細的工藝管理，合理的生物控制，有效的去除無機顆粒，充分挖掘生物作用等方式來減少污泥產(chǎn)量等
在一些研究中表明活性污泥在F/M低的情況下，曝氣池中的微生物耗盡污水中的食物時，會在其細胞周圍排泄出一層粘性薄膜也就是EPS。曝氣池內(nèi)的保持的活性污泥的懸浮狀態(tài)使細胞周邊的EPS碰撞并最終粘合在一起，形成更大更多的絮狀物，這也是非絲狀膨脹的一種表現(xiàn)，在表觀上就是污泥的生物泡沫的大量出現(xiàn)，結(jié)合當時的環(huán)境因素，容易誘發(fā)污泥膨脹。
過量曝氣不僅僅帶來污泥增殖還是減量的困擾，對工藝運行也造成更多的問題，除了上述的污泥泡沫和非絲狀菌的膨脹問題以外，污水廠過量曝氣會導致內(nèi)回流的硝化液中含有大量的游離氧，不利于反硝化區(qū)的缺氧環(huán)境的形成，過量曝氣還會造成污泥老化，細小的活性污泥絮體從絮凝體上剝離開，在二沉池形成云霧狀的懸浮物，造成出水水質(zhì)的惡化，還有最重要的是過量曝氣使污水廠的能耗居高不下，造成能源的浪費。
在一些污水廠可以通過合理的風機組合來降低曝氣量，但是有些污水廠的風機設(shè)備沒有多種組合，過量曝氣可以通過間歇運行曝氣風機來進行，很多污水廠擔心間歇曝氣會導致曝氣裝置（曝氣管、曝氣盤）堵塞，或者活性污泥的懸浮狀態(tài)無法形成，在實際中一些污水廠已經(jīng)進行間歇曝氣的運行，包括一些工藝設(shè)計就為間歇曝氣的運行方式，都已經(jīng)表明，間歇運行不會改變活性污泥的基本特性，可以在實際中進行使用。
過量曝氣帶來的工藝運行問題在日常運行中是多數(shù)工藝問題的來源，需要污水廠的運行人員認真面對，并采取足夠的重視，合理的調(diào)控曝氣量，不應利用過曝來簡單的消減泥量而帶來更為復雜的工藝運行問題，合理的、適應的、精準的、節(jié)能的曝氣量的管控是今后污水廠運行的主要方向。
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