活性污泥生物相觀察對污水處理系統運行管理的指導作用
1、引言
活性污泥法污水處理系利用活性污泥中的微生物在人工供氧的條件下,將污水中的有機物降解氧化為Ｈ20,ＣＯ2、ＰＯ3-4、ＮＨ3,—Ｎ、Ｈ2Ｓ等無機物,同時微生物利用分解代謝過程中釋放的能量將分解代謝過程中的中間代謝產物合成為新的細胞質組成部分,使微生物自身生長繁殖。由此可見,在污水生化處理中都是通過處理系統內的活性污泥微生物的代謝活動,將污水中的有機物氧化分解為無機物,從而得以淨化的。在污水處理過程中,微生物和它所處的處理系統環境條件(如溫度、酸鹼度、營養物質、毒物濃度和溶解氧等)是相適應的,在處理系統環境條件發生變化時,微生物的種類、數量及其活性也會隨之發生相應的變化。在一定程度上生物相能反映污水處理系統的處理質量及運行狀況。因此,在污水處理系統運行過程時可通過對活性污泥中生物相觀察來了解處理系統的運行狀況,並根據觀察的情況及時調整處理系統的控制因素,促使有利於氧化分解污水中有機物質的微生物生存。目前在污水處理系統運行管理中對生物相觀察,已越來越受到運行管理人員的重視。
2、活性污泥的生物相觀察方法
活性污泥生物相系指活性污泥中微生的種類、數量、優勢度及其代謝活力等狀況的概貌。污泥中的微生物和它所處的處理系統環境條件是相適應的,在處理系統的環境條件發生變化時,微塵物的種類和數量及其活性也會產生相應的變化,通過對活性污泥的生物相觀察來了解污泥中的微生物生長、繁殖和代謝活動以及它們之間的演替情況,可直接反映污水處理設施的運行狀況及處理的效果。
活性污泥的沉降性能觀察,先取曝氣池中的新鮮活性污泥,盛放到100毫升量筒中。靜置5—15分鐘後觀察在靜置條件下污泥的沉降速率,沉降後泥水界面是否分明,上清液是否清澈透明。
活性污泥的生物相觀察一般通過光學顯微鏡來完成。先用低倍數光學顯微鏡觀察污泥絮體的大小、形狀、結構緊密程度,再轉用高倍數顯微鏡觀察污泥絮粒中的菌膠團細菌與絲狀細菌的比例、絮粒游離細菌的多寡以及微型動物的狀態,最後用油鏡觀察染色的塗片,分辨細菌的種類和觀察細菌的情況。
3、運行狀態下的活性污泥的生物相觀察與控制
在污水處理系統運行過程中,我們除了利用物理、化學手段來測定活性污泥性質外,還可以通過觀察污泥的生物相來監視污水處理的運行狀態,以便及早發現異常情況,及時採取適當的對策,保證運行穩定,提高處理效果。
對污水處理系統的活性污泥生物相觀察著重從如下幾個方面觀察。
3.1活性污泥的結構
活性污泥絮粒的大小、形狀、緊密程度、構成絮粒的菌膠團細菌與絲狀菌的比例及其生長情況能很好地反映污水處理狀況。
活性污泥的污泥絮粒大、邊緣清淅、結構緊密,呈封閉狀、具有良好的吸附和沉降性能。絮粒以菌膠團細菌為骨架,穿插生長一些絲狀菌,但絲狀菌數量遠少於菌膠團細菌,未見游離細菌、微型動物以固著類纖毛蟲為主,如鍾蟲、蓋纖蟲、累枝蟲等;還可見到木盾纖蟲在絮粒上爬動,偶爾還可看到少量的游動纖毛蟲等,輪蟲生長活躍。這是運行正常的污水處理設施的活性污泥生物相,表明污泥沉降及凝聚性能較好,它在二沉池能很快和徹底地進行泥水分離,處理出水效果好。在形成這種生物相結構時,應加強運行管理,以繼續保持這種運行條件。
污泥出現絮體結構鬆散,絮粒變小,觀察到大量的遊動型纖毛蟲類(豆形蟲屬、腎形蟲屬、草履蟲屬、波多蟲屬、滴蟲屬等)生物、肉足類生物(變形蟲屬和簡便蟲屬等)急劇增加的生物相,出現這種生物相時,污泥沉降性差,影響泥水分離。產生的原因是由於污泥負荷過低,菌膠團細菌體外的多糖類基質會被細菌作為營養物用於維持生命需要,從而使絮體結構鬆散,絮粒變小。若同時觀察到大量的游離細菌的生物相時,則是由污泥負荷過高引起的,這時污水中的營養物質豐富,促使游離細菌生長很好,絮凝的菌膠團細菌趨於解絮成單個游離菌,以增大同周圍環境的比表面,同樣使污泥結構鬆散,絮粒變小。此外,由於污泥絮粒的解絮或變小容易被微型生物吞噬,使得微型生物因食物充足而大量繁殖。對由於污泥負荷過低,應採取減少污泥回流量、投加營養物質、縮短泥齡等方法提高污泥負荷運行;對由於污泥負荷過高,則應採取減少進水流量,減少排泥等措施降低污泥負荷運行。
3.2、生物活動的狀態
污水處理系統的環境變化會對活性污泥中生物活動的狀態產生反映,我們可通過觀察污泥中的生物活動狀態了解污水處理系統的運行狀態。
在處理系統的環境不利於污泥中原生動物生存時,一般都會形成胞囊,這時原生質濃縮,蟲體變圓收縮,體外圍以很厚的被囊,以利度過不良條件。如在進水ＰＨ突變時,可見鍾蟲呈不活躍狀態,纖毛環停止擺動,輪蟲縮入被甲內:在進水中難以分解或抑制性物質過多以及水溫過低時,可見鍾蟲體內積累有未消化顆粒並呈不活躍狀態,長期下去會引起蟲體死亡:當水中溶液解氧過高或過低時,可見鍾蟲的頭端突出一個空泡,呈不活動狀態。出現這些生物相時,應及時採取適當的對策,保證運行穩定,提高處理效果。
活性污泥中經常出現的絲狀硫細菌,如發硫細菌貝氏硫細菌等,對溶氧水平反應非常敏感。當水中溶解氧不足時能將水中的Ｈ2Ｓ氧化為硫,並以硫粒的形式積存於體內,而當溶解氧大於1ｍｇ/ｌ時,體內硫粒可被進一步氧化而消失。因此,可通過對硫細菌體內的硫粒的觀察,間接地推測水中溶解氧的狀況。
3.3、同一種生物數量增減
對於運行正常的污水處理系統的活性污泥中的微生物種類、數量以及它們之間的數量比均保持相對恆定,在處理系統環境發生變化時,污泥中的微生物種類、數量以及它們之間的數量比會進行相應變化,以達到新的生態平衡,由此,我們可通過對污泥中的某種生物數量的變化來了解處理系統的運行狀態。
污泥中出現球衣菌屬、發硫菌屬、諾卡氏菌屬、各種黴菌等絲狀微生物異常增長的生物相時,表明污泥將發生膨脹現象。絲狀菌導致的污泥膨脹是因為絲狀菌具有耐低營養、耐低氧、適合於高Ｎ/Ｃ污水的特性在污水進水的ＢＯＤ:Ｎ或ＢＯＤ:Ｐ比例過高、ＰＨ值偏低ＢＯＤ負荷高、小分子碳水化合物多、水溫偏低、流入重金屬等有毒物質時可引起絲狀菌過量繁殖。在生產實踐中我們可觀察污泥中的絲狀細菌的數量和生長趨勢,若有繼續增多的趨勢,應及時採取措施控制絲狀細菌的生長、調整運行過程中的影響因素。
出現絮體結構鬆散解絮時,細小的絮粒成為輪蟲的充足食物,使輪蟲惡性繁殖,數量急劇上升的生物相時,表明污泥老化,此時應採取增加排泥的措施。
原生動物及輪蟲類微型動物受有毒物質的影響比細菌更為敏感。因此,在生產運行過程中可採用觀察微型動物的生物相判斷有毒物質對活性污泥的影響。木盾纖蟲屬作為活性污泥法中最易受到影響的指標性生物,對毒物影響非常敏感。當出現椐木盾纖蟲屬急劇減少的生物相時,就可以判定為受到了進水有毒物質的影響。此時,一方面採取提高曝氣池的微生物濃度的措施,另一方面採取去除污染源的有毒物質。
3.4、生物種類的變化
在正常運行階段時,若污泥中的生物的種類突然發生變化,可以推測運行狀態亦在發生變化。因此在生產實踐中找出運行過程中的指示性生物,根據指示性生物的數量變化來了解污水處理的運行狀況,預測處理效果。活性污泥中累枝蟲、木盾纖蟲、裂口蟲、鍾蟲的數量呈增長趨勢時,出水水質明顯變好,出水ＢＯＤ5值下降,出水懸浮物濃度也隨之下降。在污泥結構鬆散轉差時,常可發現遊動纖毛蟲大量的增加,出水混濁、處理效果較差時,變形蟲及鞭毛蟲類原生動物的數量會大大增加。
當貝日阿托氏菌屬、扭頭蟲屬、新態蟲屬等能生活在溶解氧不足環境下的生物出現時,活性污泥呈黑色,並散發出腐敗的臭味。出現這種生物相時表明溶解氧不足,需要向曝氣池內增加供氧量,提高溶解氧濃度。當經過持續地過度曝氣,使溶解氧濃度超過5ｍｇ/ｌ時,會出現大量的各種肉足類和輪蟲類,這時應減少曝氣量。
當污水濃度和ＢＯＤ負荷低時,會以游仆蟲屬、鏇口蟲屬、輪蟲屬、表殼蟲屬、鱗殼蟲屬等生物占優勢,這種生物多,標誌著硝化正在進行。出現這種生物相時應及時提高ＢＯＤ負荷運行。
在活性污泥出現惡化的情況時,通過調整運行環境,出現漫遊蟲屬、斜葉蟲屬、管葉蟲屬等生物時,表明活性污泥開始從惡化恢復到正常狀態。
在培菌階段對污泥中生物的種類的演替觀察非常重要,它可用來指導培菌工作的進行。在培菌初期,水中有機物濃度很高,污泥未形成,這時可觀察到大量的游離細菌及鞭毛蟲,接著出現掠食很強的遊動纖毛蟲,隨著培菌的進行,水中有機物濃度不斷降低,游離細菌及鞭毛蟲數量不斷減少,遊動纖毛蟲因食物減少而不斷減少,當出現了固著型纖毛蟲標誌污泥基本形成,隨著污泥成熟及淨化程度好時,便會出現輪蟲。
4、結語
污水處理系統不管採用何種處理構築物的形式及何種工藝流程,都是通過處理的活性污泥中微生物的代謝活動,將污水中的有機物質氧化為無機物質,從而使污水得以淨化。從目前運行的污水處理廠的生物相實際觀察和大量的文獻介紹,污水處理系統處理效果都與污水處理系統中組成活性污泥的微生物種類、數量及代謝活力有關,可見污水處理系統的生物相對污水處理具有很好的指示作用。污水處理系統的運行管理主要是為污泥中的微生物提供一個較好的的生存環境條件,以發揮活性污泥中的微生物最大的代謝活力,達到良好的污水處理效果。因此,在運行管理實踐中可通過對污泥的生物相觀察來指導污水處理系統的運行管理,使處理系統實現穩定、高效的處理效果。
在污水處理系統的運行管理工作過程中,由於外部因素(如溫度、酸鹼度、營養物質、毒物濃度和溶解氧等)的變化,會使處理系統出現異常的問題(如二沉池飄泥、污泥膨脹、曝氣池有臭味等),導致處理效果下降,嚴重時會使污水處理系統運行失敗。因此,通過對污泥生物相的觀察,判斷污泥中微生物的種類、數量及活性的變化趨勢,分析產生的原因,及時採取處理措施,預防污水處理系統的異常情況發生。
由於每個污水處理廠的進水質、處理工藝有差異,特別是工業污水,因其生產工藝、產品種類的原因,導致污水的種類繁多,成分各異,使得各處理系統的活性污泥生物相有很大差異。因此,在運行管理實踐中,應通過長期的觀察,找出本處理系統污水水質變化與生物相變化之間的關係,確定能判斷污水處理系統的環境條件和處理水質好壞的指示性生物,可以通過對生物相的觀察判斷處理系統運行狀態,從而用來指導運行管理。
