活性污泥生物相观察对污水处理系统运行管理指导作用

1、引言
　　活性污泥法污水处理系利用活性污泥中的微生物在人工供氧的条件下，将污水中的有机物降解氧化为H20，CO2、PO3-4、NH3，—N、H2S等无机物，同时微生物利用分解代谢过程中释放的能量将分解代谢过程中的中间代谢产物合成为新的细胞质组成部分，使微生物自身生长繁殖。由此可见，在污水生化处理中都是通过处理系统内的活性污泥微生物的代谢活动，将污水中的有机物氧化分解为无机物，从而得以净化的。在污水处理过程中，微生物和它所处的处理系统环境条件（如温度、酸碱度、营养物质、毒物浓度和溶解氧等）是相适应的，在处理系统环境条件发生变化时，微生物的种类、数量及其活性也会随之发生相应的变化。在一定程度上生物相能反映污水处理系统的处理质量及运行状况。因此，在污水处理系统运行过程时可通过对活性污泥中生物相观察来了解处理系统的运行状况，并根据观察的情况及时调整处理系统的控制因素，促使有利于氧化分解污水中有机物质的微生物生存。目前在污水处理系统运行管理中对生物相观察，已越来越受到运行管理人员的重视。
　　 2、活性污泥的生物相观察方法
　　活性污泥生物相系指活性污泥中微生的种类、数量、优势度及其代谢活力等状况的概貌。污泥中的微生物和它所处的处理系统环境条件是相适应的，在处理系统的环境条件发生变化时，微尘物的种类和数量及其活性也会产生相应的变化，通过对活性污泥的生物相观察来了解污泥中的微生物生长、繁殖和代谢活动以及它们之间的演替情况，可直接反映污水处理设施的运行状况及处理的效果。
　　活性污泥的沉降性能观察，先取曝气池中的新鲜活性污泥，盛放到100毫升量筒中。静置5—15分钟后观察在静置条件下污泥的沉降速率，沉降后泥水界面是否分明，上清液是否清澈透明。
　　活性污泥的生物相观察一般通过光学显微镜来完成。先用低倍数光学显微镜观察污泥絮体的大小、形状、结构紧密程度，再转用高倍数显微镜观察污泥絮粒中的菌胶团细菌与丝状细菌的比例、絮粒游离细菌的多寡以及微型动物的状态，最后用油镜观察染色的涂片，分辨细菌的种类和观察细菌的情况。
　　 3、运行状态下的活性污泥的生物相观察与控制
　　在污水处理系统运行过程中，我们除了利用物理、化学手段来测定活性污泥性质外，还可以通过观察污泥的生物相来监视污水处理的运行状态，以便及早发现异常情况，及时采取适当的对策，保证运行稳定，提高处理效果。
　　对污水处理系统的活性污泥生物相观察着重从如下几个方面观察。
　　3.1活性污泥的结构
　　活性污泥絮粒的大小、形状、紧密程度、构成絮粒的菌胶团细菌与丝状菌的比例及其生长情况能很好地反映污水处理状况。
　　活性污泥的污泥絮粒大、边缘清淅、结构紧密，呈封闭状、具有良好的吸附和沉降性能。絮粒以菌胶团细菌为骨架，穿插生长一些丝状菌，但丝状菌数量远少于菌胶团细菌，未见游离细菌、微型动物以固着类纤毛虫为主，如钟虫、盖纤虫、累枝虫等；还可见到木盾纤虫在絮粒上爬动，偶尔还可看到少量的游动纤毛虫等，轮虫生长活跃。这是运行正常的污水处理设施的活性污泥生物相，表明污泥沉降及凝聚性能较好，它在二沉池能很快和彻底地进行泥水分离，处理出水效果好。在形成这种生物相结构时，应加强运行管理，以继续保持这种运行条件。
　　污泥出现絮体结构松散，絮粒变小，观察到大量的游动型纤毛虫类（豆形虫属、肾形虫属、草履虫属、波多虫属、滴虫属等）生物、肉足类生物（变形虫属和简便虫属等）急剧增加的生物相，出现这种生物相时，污泥沉降性差，影响泥水分离。产生的原因是由于污泥负荷过低，菌胶团细菌体外的多糖类基质会被细菌作为营养物用于维持生命需要，从而使絮体结构松散，絮粒变小。若同时观察到大量的游离细菌的生物相时，则是由污泥负荷过高引起的，这时污水中的营养物质丰富，促使游离细菌生长很好，絮凝的菌胶团细菌趋于解絮成单个游离菌，以增大同周围环境的比表面，同样使污泥结构松散，絮粒变小。此外，由于污泥絮粒的解絮或变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。对由于污泥负荷过低，应采取减少污泥回流量、投加营养物质、缩短泥龄等方法提高污泥负荷运行；对由于污泥负荷过高，则应采取减少进水流量，减少排泥等措施降低污泥负荷运行。
　　3.2、生物活动的状态
　　污水处理系统的环境变化会对活性污泥中生物活动的状态产生反映，我们可通过观察污泥中的生物活动状态了解污水处理系统的运行状态。
　　在处理系统的环境不利于污泥中原生动物生存时，一般都会形成胞囊，这时原生质浓缩，虫体变圆收缩，体外围以很厚的被囊，以利度过不良条件。如在进水PH突变时，可见钟虫呈不活跃状态，纤毛环停止摆动，轮虫缩入被甲内：在进水中难以分解或抑制性物质过多以及水温过低时，可见钟虫体内积累有未消化颗粒并呈不活跃状态，长期下去会引起虫体死亡：当水中溶液解氧过高或过低时，可见钟虫的头端突出一个空泡，呈不活动状态。出现这些生物相时，应及时采取适当的对策，保证运行稳定，提高处理效果。
　　活性污泥中经常出现的丝状硫细菌，如发硫细菌贝氏硫细菌等，对溶氧水平反应非常敏感。当水中溶解氧不足时能将水中的H2S氧化为硫，并以硫粒的形式积存于体内，而当溶解氧大于1mg/l时，体内硫粒可被进一步氧化而消失。因此，可通过对硫细菌体内的硫粒的观察，间接地推测水中溶解氧的状况。
　　3.3、同一种生物数量增减
　　对于运行正常的污水处理系统的活性污泥中的微生物种类、数量以及它们之间的数量比均保持相对恒定，在处理系统环境发生变化时，污泥中的微生物种类、数量以及它们之间的数量比会进行相应变化，以达到新的生态平衡，由此，我们可通过对污泥中的某种生物数量的变化来了解处理系统的运行状态。
　　污泥中出现球衣菌属、发硫菌属、诺卡氏菌属、各种霉菌等丝状微生物异常增长的生物相时，表明污泥将发生膨胀现象。丝状菌导致的污泥膨胀是因为丝状菌具有耐低营养、耐低氧、适合于高N/C污水的特性在污水进水的BOD：N或BOD：P比例过高、PH值偏低BOD负荷高、小分子碳水化合物多、水温偏低、流入重金属等有毒物质时可引起丝状菌过量繁殖。在生产实践中我们可观察污泥中的丝状细菌的数量和生长趋势，若有继续增多的趋势，应及时采取措施控制丝状细菌的生长、调整运行过程中的影响因素。
　　出现絮体结构松散解絮时，细小的絮粒成为轮虫的充足食物，使轮虫恶性繁殖，数量急剧上升的生物相时，表明污泥老化，此时应采取增加排泥的措施。
　　原生动物及轮虫类微型动物受有毒物质的影响比细菌更为敏感。因此，在生产运行过程中可采用观察微型动物的生物相判断有毒物质对活性污泥的影响。木盾纤虫属作为活性污泥法中最易受到影响的指标性生物，对毒物影响非常敏感。当出现椐木盾纤虫属急剧减少的生物相时，就可以判定为受到了进水有毒物质的影响。此时，一方面采取提高曝气池的微生物浓度的措施，另一方面采取去除污染源的有毒物质。
　　3.4、生物种类的变化
　　在正常运行阶段时，若污泥中的生物的种类突然发生变化，可以推测运行状态亦在发生变化。因此在生产实践中找出运行过程中的指示性生物，根据指示性生物的数量变化来了解污水处理的运行状况，预测处理效果。活性污泥中累枝虫、木盾纤虫、裂口虫、钟虫的数量呈增长趋势时，出水水质明显变好，出水BOD5值下降，出水悬浮物浓度也随之下降。在污泥结构松散转差时，常可发现游动纤毛虫大量的增加，出水混浊、处理效果较差时，变形虫及鞭毛虫类原生动物的数量会大大增加。
　　当贝日阿托氏菌属、扭头虫属、新态虫属等能生活在溶解氧不足环境下的生物出现时，活性污泥呈黑色，并散发出腐败的臭味。出现这种生物相时表明溶解氧不足，需要向曝气池内增加供氧量，提高溶解氧浓度。当经过持续地过度曝气，使溶解氧浓度超过5mg/l时，会出现大量的各种肉足类和轮虫类，这时应减少曝气量。
　　当污水浓度和BOD负荷低时，会以游仆虫属、旋口虫属、轮虫属、表壳虫属、鳞壳虫属等生物占优势，这种生物多，标志着硝化正在进行。出现这种生物相时应及时提高BOD负荷运行。
　　在活性污泥出现恶化的情况时，通过调整运行环境，出现漫游虫属、斜叶虫属、管叶虫属等生物时，表明活性污泥开始从恶化恢复到正常状态。
　　在培菌阶段对污泥中生物的种类的演替观察非常重要，它可用来指导培菌工作的进行。在培菌初期，水中有机物浓度很高，污泥未形成，这时可观察到大量的游离细菌及鞭毛虫，接着出现掠食很强的游动纤毛虫，随着培菌的进行，水中有机物浓度不断降低，游离细菌及鞭毛虫数量不断减少，游动纤毛虫因食物减少而不断减少，当出现了固着型纤毛虫标志污泥基本形成，随着污泥成熟及净化程度好时，便会出现轮虫。
　 　4、结语
　　污水处理系统不管采用何种处理构筑物的形式及何种工艺流程，都是通过处理的活性污泥中微生物的代谢活动，将污水中的有机物质氧化为无机物质，从而使污水得以净化。从目前运行的污水处理厂的生物相实际观察和大量的文献介绍，污水处理系统处理效果都与污水处理系统中组成活性污泥的微生物种类、数量及代谢活力有关，可见污水处理系统的生物相对污水处理具有很好的指示作用。污水处理系统的运行管理主要是为污泥中的微生物提供一个较好的的生存环境条件，以发挥活性污泥中的微生物最大的代谢活力，达到良好的污水处理效果。因此，在运行管理实践中可通过对污泥的生物相观察来指导污水处理系统的运行管理，使处理系统实现稳定、高效的处理效果。
　　在污水处理系统的运行管理工作过程中，由于外部因素（如温度、酸碱度、营养物质、毒物浓度和溶解氧等）的变化，会使处理系统出现异常的问题（如二沉池飘泥、污泥膨胀、曝气池有臭味等），导致处理效果下降，严重时会使污水处理系统运行失败。因此，通过对污泥生物相的观察，判断污泥中微生物的种类、数量及活性的变化趋势，分析产生的原因，及时采取处理措施，预防污水处理系统的异常情况发生。
　　由于每个污水处理厂的进水质、处理工艺有差异，特别是工业污水，因其生产工艺、产品种类的原因，导致污水的种类繁多，成分各异，使得各处理系统的活性污泥生物相有很大差异。因此，在运行管理实践中，应通过长期的观察，找出本处理系统污水水质变化与生物相变化之间的关系，确定能判断污水处理系统的环境条件和处理水质好坏的指示性生物，可以通过对生物相的观察判断处理系统运行状态，从而用来指导运行管理。