01 增長(zhǎng)曲線
活性污泥微生物是多菌種混合群體,其生長(zhǎng)規(guī)律比較復(fù)雜,但是也可用其增長(zhǎng)曲線表示一定的規(guī)律。該曲線表達(dá)的是,在溫度和溶解氧等環(huán)境條件滿足微生物的生長(zhǎng)要求,并有一定量初始微生物接種時(shí),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一次充分投加后,微生物數(shù)量隨時(shí)間的增殖和衰減規(guī)律。
活性污泥增長(zhǎng)速率的變化主要是營(yíng)養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(通常用 F / M 表示)所致, F / M 值也是有機(jī)底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素。根據(jù)微生物的生長(zhǎng)情況,微生物的增殖可以分成以下四個(gè)階段:
第一階段:停滯期(適應(yīng)期)
本階段是微生物培養(yǎng)的初期,活性污泥微生物沒(méi)有增殖,微生物剛進(jìn)入新的培養(yǎng)環(huán)境中,細(xì)胞中的酶系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。
本階段微生物細(xì)胞的特點(diǎn)是:分裂遲緩、代謝活躍、一般數(shù)量不增加但細(xì)胞體積增長(zhǎng)較快,易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。停滯期對(duì)于后續(xù)微生物功能的發(fā)揮是非常重要的。在實(shí)際應(yīng)用中活性污泥法的啟動(dòng)初期會(huì)遇到這一階段。
第二階段:對(duì)數(shù)增殖期
本階段營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩, F / M 值大于2.2。
微生物的生長(zhǎng)特點(diǎn)是:代謝活性最強(qiáng),組成微生物新細(xì)胞物質(zhì)最快,微生物以最大速率把有機(jī)物氧化和轉(zhuǎn)換成細(xì)胞物質(zhì)。
在這種情況下,活性污泥有很高的能量水平,特別表現(xiàn)在其活性很強(qiáng),吸附有機(jī)物能力強(qiáng),速度快,另外也因能量水平高,導(dǎo)致活性污泥質(zhì)地松散,絮凝性能不佳。
第三階段:減速增殖期
在本階段由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗和新細(xì)胞的不斷合成, F / M 值降低,培養(yǎng)液中的有機(jī)物已被大量消耗,代謝產(chǎn)物積累過(guò)多,使得細(xì)胞的增殖速度逐漸減慢,活性污泥從對(duì)數(shù)增殖期過(guò)渡到減速增殖期,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,微生物能量水平降低,細(xì)菌開(kāi)始結(jié)合在一起,活性污泥的絮凝體開(kāi)始形成,活性開(kāi)始減弱,凝聚、吸附和沉降性能都有所提升。
在此階段,如果再添加有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并排出代謝物,則微生物又可以恢復(fù)到對(duì)數(shù)增殖期,大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)行工況控制在減速增殖期。
第四階段:內(nèi)源呼吸期
經(jīng)過(guò)減速增殖期后,培養(yǎng)液中的有機(jī)物含量繼續(xù)下降, F / M 值降到最低并保持一常數(shù),微生物已不能從其周圍環(huán)境中獲取足夠的能夠滿足自身生理需要的營(yíng)養(yǎng),并開(kāi)始分解代謝自身的細(xì)胞物質(zhì),以維持生命活動(dòng),活性污泥微生物的增殖便進(jìn)入了內(nèi)源呼吸期。
在本期的初期,微生物雖然仍在增殖,但其速率遠(yuǎn)低于自身氧化的消耗,活性污泥減少,在本期中,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)幾乎消耗殆盡,能量水平極低,絮凝體形成速率提高,這時(shí)細(xì)菌凝聚性能最強(qiáng),細(xì)菌處于“饑餓狀態(tài)”,吸附有機(jī)物能力顯著,游離的細(xì)菌被棲息在活性污泥菌膠團(tuán)表面上的原生動(dòng)物所捕食,使處理水的水質(zhì)顯著澄清。
02 活性污泥增長(zhǎng)曲線的應(yīng)用
營(yíng)養(yǎng)物或有機(jī)物與微生物比值(即 F / M 值)的高低影響微生物的代謝,當(dāng) F / M 值高時(shí),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)過(guò)剩,微生物繁殖快,活力很強(qiáng),處理污水的能力高,例如在對(duì)數(shù)增殖期就是這種狀況。
但是,由于微生物活性高,細(xì)胞之間存在的電斥力大于范德華引力,導(dǎo)致微生物的絮凝和沉淀效果差,出水中所含的有機(jī)物含量高,因此,在污水的生物處理中,為了取得比較穩(wěn)定和高效的有機(jī)物處理效果,一般不選用處于對(duì)數(shù)期的工況條件,而常采用處于減速增殖期或內(nèi)源呼吸期的工況條件。
F / M 值的高低影響微生物的增殖過(guò)程,影響微生物的絮凝和沉降性能,同時(shí)也影響溶解氧的消耗速度,是非常重要的活性污泥法工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行指標(biāo)。