01 增長曲線
活性污泥微生物是多菌種混合群體,其生長規律比較復雜,但是也可用其增長曲線表示一定的規律。該曲線表達的是,在溫度和溶解氧等環境條件滿足微生物的生長要求,并有一定量初始微生物接種時,營養物質一次充分投加后,微生物數量隨時間的增殖和衰減規律。
活性污泥增長速率的變化主要是營養物或有機物與微生物比值(通常用 F / M 表示)所致, F / M 值也是有機底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素。根據微生物的生長情況,微生物的增殖可以分成以下四個階段:
第一階(jie)段:停(ting)滯期(qi)(適應期(qi))
本階段是微生物培養的初期,活性污泥微生物沒有增殖,微生物剛進入新的培養環境中,細胞中的酶系統開始對環境進行適應。
本階段微生物細胞的特點是:分裂遲緩、代謝活躍、一般數量不增加但細胞體積增長較快,易產生誘導酶。停滯期對于后續微生物功能的發揮是非常重要的。在實際應用中活性污泥法的啟動初期會遇到這一階段。
第二(er)階段:對數增殖期
本階段營養物質過剩, F / M 值大于2.2。
微生物的生長特點是:代謝活性最強,組成微生物新細胞物質最快,微生物以最大速率把有機物氧化和轉換成細胞物質。
在這種情況下,活性污泥有很高的能量水平,特別表現在其活性很強,吸附有機物能力強,速度快,另外也因能量水平高,導致活性污泥質地松散,絮凝性能不佳。
第三階段:減速增殖期
在本階段由于營養物質不斷消耗和新細胞的不斷合成, F / M 值降低,培養液中的有機物已被大量消耗,代謝產物積累過多,使得細胞的增殖速度逐漸減慢,活性污泥從對數增殖期過渡到減速增殖期,營養物質減少,微生物能量水平降低,細菌開始結合在一起,活性污泥的絮凝體開始形成,活性開始減弱,凝聚、吸附和沉降性能都有所提升。
在此階段,如果再添加有機物等營養物質,并排出代謝物,則微生物又可以恢復到對數增殖期,大多數活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在減速增殖期。
第四階(jie)段:內源呼吸期
經過減速增殖期后,培養液中的有機物含量繼續下降, F / M 值降到最低并保持一常數,微生物已不能從其周圍環境中獲取足夠的能夠滿足自身生理需要的營養,并開始分解代謝自身的細胞物質,以維持生命活動,活性污泥微生物的增殖便進入了內源呼吸期。
在本期的初期,微生物雖然仍在增殖,但其速率遠低于自身氧化的消耗,活性污泥減少,在本期中,營養物質幾乎消耗殆盡,能量水平極低,絮凝體形成速率提高,這時細菌凝聚性能最強,細菌處于“饑餓狀態”,吸附有機物能力顯著,游離的細菌被棲息在活性污泥菌膠團表面上的原生動物所捕食,使處理水的水質顯著澄清。
02 活性污泥增長曲線的應用
營養物或有機物與微生物比值(即 F / M 值)的高低影響微生物的代謝,當 F / M 值高時,營養物質相對過剩,微生物繁殖快,活力很強,處理污水的能力高,例如在對數增殖期就是這種狀況。
但是,由于微生物活性高,細胞之間存在的電斥力大于范德華引力,導致微生物的絮凝和沉淀效果差,出水中所含的有機物含量高,因此,在污水的生物處理中,為了取得比較穩定和高效的有機物處理效果,一般不選用處于對數期的工況條件,而常采用處于減速增殖期或內源呼吸期的工況條件。
F / M 值的高低影響微生物的增殖過程,影響微生物的絮凝和沉降性能,同時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計和運行指標。