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(gè)問題解析清楚，這一篇就對污水廠過曝氣進(jìn)行展開討論下。
污水廠的過曝氣是在運(yùn)行中出現(xiàn)的一種運(yùn)行工況，在正常運(yùn)行下，污水氣（曝氣量）、水（進(jìn)水水質(zhì)、水量）、泥（活性污泥濃度）三者是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，但是這種平衡會(huì)收到外界環(huán)境因素的不斷變化而被不停的打破，再進(jìn)入到一個(gè)新的平衡中去。定義過曝氣的狀態(tài)就是指在運(yùn)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(jī)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(yùn)行人員心中一種普遍的思路認(rèn)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(jī)物以后，就會(huì)開始自身消耗，也就達(dá)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(jì)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(jìn)水量
S0-Se：為每日進(jìn)出水的有機(jī)物BOD5的差值，也可以用COD，但要乘以一個(gè)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(jī)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(huì)比較低為0.07，工業(yè)廢水相對較高，為0.5~0.65，這兩個(gè)取值對于前面的增長量來說，是一個(gè)比較低的數(shù)值，在常規(guī)滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，活性污泥的自身氧化量會(huì)比較小，但是在污水廠運(yùn)行初期；進(jìn)水量不足；有機(jī)負(fù)荷不足等情況下，公式前端的數(shù)值就會(huì)比較小，后段的數(shù)值比較大，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)污泥增長量很小，甚至為負(fù)的情況。注意這種情況是由于進(jìn)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(jī)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(xì)胞物質(zhì)，以維持生命活動(dòng)。在這個(gè)過程中，微生物還在微弱增殖，但是速率遠(yuǎn)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(xì)胞內(nèi)易降解的部分，對于難降解的細(xì)胞壁和細(xì)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(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對數(shù)增殖期的增長量。
在實(shí)際污水廠的進(jìn)水中，污泥產(chǎn)量不僅僅來自于微生物對有機(jī)物的降解過程的自我繁殖，還有一部分是進(jìn)水中的無機(jī)顆粒，這部分大部分以SS形式存在，特別是SS中的無機(jī)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(gè)主要來源，這部分無機(jī)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(jī)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(shí)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(yù)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(yīng)用到工程實(shí)際中來，更多的是通過精細(xì)的工藝管理，合理的生物控制，有效的去除無機(jī)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(shí)，會(huì)在其細(xì)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(xì)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(dāng)時(shí)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(yùn)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(huì)導(dǎo)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(huì)造成污泥老化，細(xì)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(fèi)。
在一些污水廠可以通過合理的風(fēng)機(jī)組合來降低曝氣量，但是有些污水廠的風(fēng)機(jī)設(shè)備沒有多種組合，過量曝氣可以通過間歇運(yùn)行曝氣風(fēng)機(jī)來進(jìn)行，很多污水廠擔(dān)心間歇曝氣會(huì)導(dǎo)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(shí)際中一些污水廠已經(jīng)進(jìn)行間歇曝氣的運(yùn)行，包括一些工藝設(shè)計(jì)就為間歇曝氣的運(yùn)行方式，都已經(jīng)表明，間歇運(yùn)行不會(huì)改變活性污泥的基本特性，可以在實(shí)際中進(jìn)行使用。
過量曝氣帶來的工藝運(yùn)行問題在日常運(yùn)行中是多數(shù)工藝問題的來源，需要污水廠的運(yùn)行人員認(rèn)真面對，并采取足夠的重視，合理的調(diào)控曝氣量，不應(yīng)利用過曝來簡單的消減泥量而帶來更為復(fù)雜的工藝運(yùn)行問題，合理的、適應(yīng)的、精準(zhǔn)的、節(jié)能的曝氣量的管控是今后污水廠運(yùn)行的主要方向。
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