沉降比在活性污泥法處理污水運行管理中的指導作用
污水處理的方法很多，對于大、中型污水處理廠來說，活性污泥法仍是首選工藝，因為它具有運行穩定，耐負荷運行成本低維護方便和處理效果良好的特點。在以活性污泥法處理污水的實際運行中，影響污水處理效果的因素很多，例如：曝氣池混合液濃度（MLSS）、污泥沉降比、污泥負荷、污泥回流比、停留時間、溶解氧（DO）、揮發性混合液濃度（MLVSS）、氣水比、水溫、pH值等都是影響污水處理效果的重要因素，但是，在污水處理工藝的運行管理中，大多以曝氣池混合液濃度、沉降比、污泥指數、進出水水質作為指導運行的主要參數。我廠運行十幾年來，重點通過曝氣池污泥沉降比輔以其它參數來指導污水處理工藝運行，本文對沉降比在運行管理中的重要作用加以研究和探討。
1理論依據
利用活性污泥法處理污水，主要是通過活性污泥微生物，在有氧的情況下，將有機物合成新的細胞物質或將其分解代謝，然后再經過由合成細胞形成的菌體有機物的絮凝、沉淀、分離，從而達到去除污水中有機物、凈化污水的目的。微生物代謝關系圖如下：
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污水凈化的重要環節，首先是污水中有機物在曝氣池中微生物的作用下合成菌膠團的過程,其次是菌體有機物的絮凝、沉淀和分離過程；由此推論、研究證明，影響污水處理質量的主要因素：首先是曝氣池中由菌體有機物形成的活性污泥濃度（MLSS）的大小；其次是活性污泥凝聚、沉淀性能的好壞。而污泥沉降比（SV%）是指曝氣池混合液在100ml量筒中，靜置、沉淀30min后，沉淀污泥與混合液之體積比（%）。由此，一方面，可以直接了解污泥凝聚、沉淀性能的好壞；另一方面，污泥沉降比值在一定程度上也是污泥濃度大小的定量反映；因此，污泥沉降比是用以指導工藝運行的重要參數。
1.1MLSS是影響污水中有機物去除的關鍵
活性污泥微生物從污水中去除有機物的代謝過程，主要是由微生物細胞物質的合成（活性污泥增長）、有機物（包括一部分細胞物質）的氧化分解和氧的消耗組成。當氧供應充足時，活性污泥的增長分為對數增長期、減速增長期和內源呼吸期。在每個增長期，有機物的去除速率、氧利用速率、活性污泥特征等都各不相同。研究發現，有機物（F）與微生物（M）的比值（污泥負荷率F：M）是影響活性污泥處于不同階段即影響有機物從污水中去除效果的重要因素。
F:M=Ns=QLa/XV(KgBOD5/KgMLSS·d)
式中：Q－污水流量，m3/d
La－進水有機物（BOD5）濃度，mg/l
V－曝氣池容積，m3
X－混合液懸浮固體（MLSS）濃度，mg/l
在一般城市污水處理廠，曝氣池容積固定，進水水量和水質（BOD5濃度）比較穩定，由以上公式不難發現，MLSS的大小是污泥負荷率的決定因素，直接影響污水中有機物的去除情況。
1.2一般情況下，污泥沉降比值是MLSS定量的直觀反映
這一點由以下公式可以證明
MLSS(g/L)=SV/SVI
式中SVI(ml/g)為污泥指數，即評定活性污泥凝聚、沉淀性能的指標。在穩定的污水處理工藝中，由于SVI值在一段時間內基本保持在某一穩定區間，因此，通常情況下，污泥沉降比值能夠反映曝氣池中混合液的濃度，它與污泥濃度成正比例關系。
2實踐應用
在以活性污泥法處理污水的二級污水處理廠，影響污水處理工藝運行效果的因素很多,在缺乏經驗數據支持情況下，運行管理人員均以沉降比作為指導運行的主要參數，首先，因為它具有操作簡單、歷時短的特點；其次，運行管理人員、工藝工程師可以通過測量污泥沉降比隨時觀察活性污泥的絮凝、沉淀過程，了解活性污泥特性，掌握活性污泥量，判斷曝氣池工藝運行情況，為工藝調整提供科學依據，從而由此控制污水處理效果。
2.1沉降比與污泥指數（SVI）的關系
由測量污泥沉降比的過程，可以直接了解污泥絮凝、沉淀性能的好壞。在我廠運行中，當SVI值在80-120之間，此時污泥呈褐色、絮狀，沉淀性能良好；當SVI值小于80時，說明污泥泥齡過長或有機物含量過低，此時污泥細碎，顏色發黑，活性不好；當SVI值大于120時，污泥過于松散，呈淺褐色，沉淀性能較差；另外，污泥沉降比測量結束后，通過觀察量筒中污泥放置多少時間后上浮，可以判定曝氣池的供氧情況。如污泥在靜沉放置3-4小時后仍不上浮，呈褐色，證明活性污泥性狀較好，曝氣供氧充分；如靜沉2小時左右污泥上浮，呈黑色，說明污泥厭氧，曝氣池供氧量不足。
在工藝運行中，如果進水量、剩余污泥排放量等運行條件比較穩定，污泥沉降比值不會發生突變，SVI值也比較穩定，此時的污泥沉降比值對應一定的活性污泥濃度。但是，當污泥沉降比值在進水水質、溫度或其它運行條件的影響下突然發生改變時，說明活性污泥增長期將處在不同階段，SVI值也必然受到影響，此時污泥沉降比值與MLSS的對應關系也將發生改變。下面是兩個在一定條件下影響沉降比值突然發生改變的例子。
（1）因故使曝氣池停止曝氣一段時間，在此前、后污泥沉降比值與SVI值、MLSS的對應關系情況
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（2）暴雨前、后污泥沉降比值與SVI值、MLSS的對應關系情況
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這兩種情況的影響條件盡管不同，但其變化的根本原因實際上是一樣的，都是因微生物受到了客觀條件影響（前者是缺氧；后者是受到暴雨沖擊），使微生物松散，因而無法形成良好的污泥絮凝體，SVI值也相應增大，此時的出水中懸浮物（SS）濃度偏高。但這種情況是暫時的，通過對污泥沉降比大小的掌握，適當確定剩余污泥的排放量，使MLSS值穩定在適當范圍，待活性污泥絮凝體吸附能力增強，SVI值趨于正常，出水也將顯著澄清，此時水質達標。
上述情況表明，一方面，運行管理和操作人員可以通過活性污泥沉降過程發現問題，從污泥沉降比大小的突變、活性污泥顏色及靜置后上浮情況，了解污泥性質及曝氣供氧情況；另一方面，運行管理人員可以通過觀察污泥沉降比來確定剩余污泥的排放量，從而控制曝氣池中污泥濃度的大小，使曝氣池污泥負荷處于沉降區，確保出水水質。
2.2沉降比與污泥濃度（MLSS）的關系
（1）在SVI值比較穩定的情況下，污泥沉降比值與污泥濃度存在著一定的線性或對數關系。通過對多年的相關數據進行分析研究，得出在SVI為不同值時污泥沉降比與污泥濃度的對應關系，如圖1、圖2、圖3：
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以上三圖及對應關系式表明：當SVI＜120時，污泥沉降比與MLSS呈線性關系，其中，當SVI＜80時，MLSS值隨污泥沉降比變化的斜率比80＜SVI＜120時的大，當SVI>120時，污泥沉降比與MLSS呈對數關系。這說明：當SVI值比較穩定的情況下，污泥濃度與污泥沉降比之間存在著穩定的對應關系。隨著SVI值的階段性增大，污泥濃度隨污泥沉降比變化的幅度越來越小。
（2）溫度在一定程度上影響污泥沉降比與污泥濃度的關系，即污泥指數的大小。
污泥沉降比與污泥濃度的對應關系，主要因SVI值的改變而發生變化，SVI值大小的改變，除受生物增長期和一些偶然因素影響外，溫度是影響SVI值大小的主要因素。下圖為一年四季中不同月份下所對應的SVI值情況。
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此圖表明，在一年四季中，SVI值隨著季節的不同變化較大，一般情況下，在換季季節，SVI值會突然增大，后來，隨著對季節溫度的適應，SVI值又逐漸減小，直到下一個季節的轉換，SVI值又出現另一個最高值。由圖4可以看出，SVI在1月、5月、9月出現較高值，在2月、8月、12月出現較低值，總體來講，春季SVI值相對較高，冬季較低。當然，因每年的季節溫度變化不會完全一樣，再加上其它因素的影響，所以每年SVI值隨季節的變化曲線也會有所不同，但是，因季節溫差而產生的對SVI值的影響將不會改變，其影響趨勢也基本相同。
（3）污泥沉降比對污水處理效果的影響
不同的污泥沉降比，會導致不同的污水處理效果，圖5、圖6、圖7分別為BOD去除率、COD去除率、SS去除率與污泥沉降比的關系圖。
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由上圖可以看出，BOD去除率在沉降比大于5%且小于50%的情況下，基本都能穩定在80%以上，當沉降比大于50%時，BOD去除率趨于分散。COD去除率在沉降比小于15%時不太穩定，當沉降比值在15%和50%之間時，其去除率基本能穩定在80%以上，當沉降比大于50%時，COD去除率明顯出現不穩定趨勢。SS去除率在沉降比小于15%時很不穩定，當沉降比在25%和50%之間時，基本能保持在85%以上，當沉降比大于50%時，SS去除率也趨于分散。三圖說明：沉降比小于15%時，曝氣池混合液濃度低，活性污泥發育不良，處于不成熟期，污泥絮凝、沉淀效果差，菌膠團松散，活性污泥微生物不活躍，從而造成出水水質不穩定，甚至不能達標；當沉降比在15%～50%之間時，活性污泥已經成熟，混合液濃度較高，一般都在2000～3000mg/l左右，污泥負荷處在沉降區段，污泥絮凝、沉淀性能都比較好，微生物也很活躍,出水水質穩定。為了減少曝氣池的鼓風量，節約能源，我們一般將污泥沉降比控制在15%～30%之間。
綜上所述，在以活性污泥法處理污水的污水處理廠，對運行管理人員來說，不論從理論還是從實踐上看，測定污泥沉降比是用以指導工藝運行的重要方法。因為它不但操作簡單、方便，而且能使運行管理人員隨時了解曝氣池中活性污泥的濃度和泥質情況，從而掌握和控制整個工藝的運行參數，通過確定穩定的污泥沉降比值，可以達到控制污水處理效果，保證出水水質的目的。
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