廢水的生化培養(yǎng)過程是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。其理論基礎(chǔ)涵蓋物理學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、微生物學(xué)、流體力學(xué)等諸多學(xué)科，雖然最早的活性污泥過程已有近百年的歷史。然而，許多理論在學(xué)術(shù)界仍無定論。因此，在本項(xiàng)目的廢水生化處理過程中，經(jīng)營者和管理者必須在深入的理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合公司廢水的具體情況，不斷探索和實(shí)踐生化培養(yǎng)過程，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在保證廢水達(dá)標(biāo)的前提下，提高其理論深度，豐富其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完成技術(shù)儲備。

廢水生化處理的調(diào)試主要是在微生物培養(yǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，根據(jù)微生物的好氧條件可分為好氧處理、同步好氧處理和厭氧處理，根據(jù)微生物的生長形態(tài)可分為活性污泥法和生物膜法。根據(jù)廢水和微生物的形態(tài)，可分為完全混合型、序批式等，而反應(yīng)器的形式又可分為更多的類型。本文在理論污水處理工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對污水生化處理過程中的影響因素、監(jiān)測手段和控制參數(shù)進(jìn)行了整理。

1、溫度

溫度在生化培養(yǎng)過程中起著重要的作用。各個(gè)生化反應(yīng)系統(tǒng)和各個(gè)運(yùn)行階段的溫度的測量和分析仍然對生化污泥的馴化和培養(yǎng)過程起著指導(dǎo)作用，并幫助管理者和運(yùn)營者對系統(tǒng)的運(yùn)行和管理做出正確而及時(shí)的判斷。

溫度極大地影響活性污泥中的微生物活性程度(包括厭氧、兼性和好氧)以及諸如溶解氧、通氣等的影響，同時(shí)影響生化反應(yīng)的速率。不同類型的微生物在不同的溫度范圍內(nèi)生長。根據(jù)微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可分為三類：中溫、高熱、高寒。中溫微生物的生長溫度為20～45℃，低溫好微生物在20℃以下，高溫好微生物在45℃以上。

一般廢水處理中主要是中等溫度的細(xì)菌進(jìn)行生物需氧生物處理，生長和繁殖的最佳溫度為20℃~37℃。當(dāng)溫度超過最高生物生長溫度時(shí)，會迅速使微生物的蛋白質(zhì)變性，破壞酶系統(tǒng)，失去活性。在嚴(yán)重的情況下，微生物會死亡。低溫會降低微生物的代謝活性，進(jìn)而停止生長繁殖，但仍保存其生命力。厭氧生物處理中溫甲烷細(xì)菌的最佳溫度范圍在20℃至40℃之間，高溫為50℃~60℃。厭氧生物處理通常使用33℃~38℃和50℃~57℃的溫度。

2、pH值

不同的微生物具有不同的pH適應(yīng)范圍。例如，細(xì)菌、放線菌、藻類和原生動物的pH值從4到10不等。大多數(shù)細(xì)菌適合于中性和堿性環(huán)境(pH6.5至8.5)，硫化物氧化劑喜歡生活在最適pH值為3的酸性環(huán)境中，也可以生活在pH值為1.5的環(huán)境中。大多數(shù)細(xì)菌適合于中性和堿性環(huán)境(pH6.5~7.5)。酵母和霉菌需要生活在酸性或酸性環(huán)境中。最適pH值為3.0和6.0，最適pH值為1.5~10。

在廢水生物處理過程中，維持最佳pH值范圍是非常重要的。采用活性污泥法處理廢水，當(dāng)曝氣池中混合物的pH值達(dá)到9.0時(shí)，原生動物由活性變?yōu)橥?，?xì)菌膠束的粘性物質(zhì)解體，活性污泥的結(jié)構(gòu)遭到破壞，處理效率明顯下降。當(dāng)進(jìn)水pH值突然降低時(shí)，曝氣池混合液呈酸性，活性污泥結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，二沉池中出現(xiàn)大量浮泥。

成熟的生物系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抵抗沖擊負(fù)荷的能力，但如果pH值在很大范圍內(nèi)變化，將影響反應(yīng)堆的效率，甚至對微生物造成毒性，導(dǎo)致反應(yīng)堆失效因?yàn)閜H值。這種變化可能導(dǎo)致細(xì)胞電荷的變化，進(jìn)而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和微生物代謝中酶的活性。

3、化學(xué)需氧量(COD)

COD的測定方法嚴(yán)格符合污水水質(zhì)分析的國家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法?；瘜W(xué)需氧量(COD)是指用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)消耗的氧化量，以氧(mg/L)表示?；瘜W(xué)需氧量越高，水中的有機(jī)污染物就越多。

常用的氧化劑是重鉻酸鉀和高錳酸鉀。如果廢水中有機(jī)物的組成相對穩(wěn)定，則化學(xué)需氧量與生化需氧量之間存在一定的比例關(guān)系。一般來說，重鉻酸鉀的化學(xué)需氧量與第一階段的生化需氧量之間的差別可以粗略地表示為不能被好氧微生物分解的有機(jī)物。

COD的測試和分析是廢水處理調(diào)試操作的重要部分。一方面，它可以掌握每個(gè)處理單元在進(jìn)水過程中的進(jìn)水流量，確保進(jìn)水口的穩(wěn)定性，不會對系統(tǒng)造成大的波動和影響;通過改變處理單元之前和之后的水中的COD，已知處理單元的處理效果和效率。其重要作用可歸納為以下三點(diǎn)：

1) 提供詳細(xì)的進(jìn)水和出水濃度，使管理人員能根據(jù)濃度變化相應(yīng)地調(diào)整運(yùn)行條件，保證污水處理系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行；

2)作為重要的技術(shù)指標(biāo)，反映各加工單位的運(yùn)作和加工效率；

3)為系統(tǒng)中各種現(xiàn)象和異常的分析、判斷和合理解釋提供依據(jù)。

4、活性污泥的生物相

活性污泥的生物相觀察在廢水的生化處理中起著極其重要的作用。它不僅反映了微生物培養(yǎng)和污泥馴化的程度，而且直接反映了廢水的處理情況?；钚晕勰嗍怯杉?xì)菌、真菌、原生動物、后生動物等微生物組成的混合體。

細(xì)菌具有高增殖率和強(qiáng)有機(jī)物分解功能，真菌也具有分解有機(jī)物的能力。原生動物主要以游離細(xì)菌為食，進(jìn)一步凈化水。后生動物主要是原生動物。

利用光學(xué)顯微鏡可以觀察絲狀真菌、原生動物和后生動物的生物相。通過對絲狀真菌種類和數(shù)量的觀察和鑒定，可以判斷污泥的質(zhì)量和處理后的水質(zhì)。因此，原生動物和后生動物被稱為活性污泥系統(tǒng)中的指示生物。

除了活性污泥的宏觀指標(biāo)外，污泥的微生物指標(biāo)，即污泥的生物相，可以用普通光學(xué)顯微鏡觀察。生物量觀測由兩部分組成：一部分是觀察指示性生物(如原生動物和元?jiǎng)游?的數(shù)量和種類的變化?；钚晕勰嘀写嬖诓煌|(zhì)量的指示生物。通過對指示性生物的觀察，可以間接評估活性污泥的質(zhì)量。

另一部分是觀察活性污泥中絲狀菌的數(shù)量。不同質(zhì)量的活性污泥中絲狀菌的數(shù)量是不同的，通過測量絲狀菌的數(shù)量，也可以間接反映活性污泥的質(zhì)量。

(1) 指示性生物觀察：對于特定的污水處理系統(tǒng)，當(dāng)活性污泥系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，生物相基本穩(wěn)定。如果有變化，表明活性污泥的質(zhì)量發(fā)生了變化。應(yīng)采取進(jìn)一步的觀察和治療措施。微生物種類繁多，命名方法也十分復(fù)雜。從實(shí)際出發(fā)，操作人員應(yīng)熟練掌握活性污泥中最常見的微生物指示菌：阿米巴、鞭毛蟲、草履蟲、鐘蟲、線蟲等。這些微生物中是否有一個(gè)或多個(gè)是占主導(dǎo)地位的，其比例將取決于該過程的運(yùn)行狀態(tài)。

在活性污泥培養(yǎng)的早期階段，活性污泥很少或沒有。這時(shí)，在顯微鏡檢查中會出現(xiàn)大量的變形蟲。當(dāng)變形蟲占優(yōu)勢時(shí)，對污水基本上沒有處理效果。

超高負(fù)荷活性污泥系統(tǒng)中以鞭毛蟲為主，出水水質(zhì)較差。然而，在活性污泥培養(yǎng)過程中，鞭毛蟲的出現(xiàn)和優(yōu)勢表明活性污泥已經(jīng)形成并向良性方向發(fā)展。中負(fù)荷活性污泥中以草履蟲為主。此時(shí)活性污泥處理效果良好。污泥發(fā)育正常，具有良好的沉淀性能和生物活性，出水水質(zhì)良好。

在低負(fù)荷時(shí)滯曝氣活性污泥系統(tǒng)中，輪蟲和線蟲將占主導(dǎo)地位，大量針狀絮凝劑可能在流出物中攜帶。大量輪蟲和線蟲顯示活性污泥正常。如果發(fā)現(xiàn)鐘蟲不活動，則往往表示曝氣不足。如果有鈴蟲等原生動物死亡，則表示有毒素進(jìn)入曝氣池。

在大量時(shí)鐘昆蟲存在的情況下，線蟲數(shù)量大，活性強(qiáng)，可能使污泥松散。如果鐘蟲數(shù)量減少，而蠕蟲數(shù)量增加，則存在污泥膨脹的潛在風(fēng)險(xiǎn)。顯微鏡檢查發(fā)現(xiàn)，原生動物種類很少，許多原生動物表明污泥已經(jīng)膨脹。如果發(fā)現(xiàn)一條鈴蟲活動，就可以清楚地看到體內(nèi)的食物氣泡，說明污水處理的程度很高，DO就足夠了。

如果二次沉淀池中有大量的水蚤(魚和昆蟲)，則體內(nèi)的血紅蛋白很低，說明溶解氧很高，而當(dāng)水蚤的顏色很紅時(shí)，表明出水幾乎沒有溶解氧。當(dāng)輪蟲數(shù)量急劇增加時(shí)，表明污泥老化，結(jié)構(gòu)松散解體，污泥排出需要加強(qiáng)。

(2) 絲狀細(xì)菌的觀察：在活性污泥系統(tǒng)中，絲狀細(xì)菌越少越好，因?yàn)榻z狀細(xì)菌在污泥絮體中起骨架作用。通過顯微鏡觀察絲狀細(xì)菌的數(shù)量，長度和豐度可直接反映該過程的操作。需要補(bǔ)充的是，生物相觀察只是一種定性方法。它只能作為運(yùn)行中物理和化學(xué)方法的補(bǔ)充手段。它不能用作過程檢測的主要方法。在連續(xù)實(shí)踐中注意積累數(shù)據(jù)是必要的，并總結(jié)了該項(xiàng)目的生物學(xué)。

5. 污泥的理化指標(biāo)(MLSS、MLVSS、F/M和SRT)

1、sv30(污泥沉降比)：污泥沉降比是指在靜息30分鐘后，在1000毫升氣缸內(nèi)的曝氣槽中的混合物，以及污泥體積與混合物的比例，一般使用sv30。

SV30是衡量活性污泥沉降和濃縮性能的指標(biāo)。對于一定濃度的活性污泥，SV30越小，沉降和濃縮性能越好。正?；钚晕勰嗟腗LSS濃度為1500~4000 mg/L，SV30一般在15%~30%之間。

2、SVI30(污泥容積指數(shù))：污泥容積指數(shù)是指曝氣池混合物靜止30min后1000ml池中活性污泥1g懸浮固體的體積。常用的SVI30是指ml/g、SVI30與SV30之間存在以下關(guān)系：污泥容積指數(shù)(即污泥容積指數(shù))：污泥容積指數(shù)是指在曝氣池中加入混合氣30min后，污泥體積指數(shù)為1g活性污泥懸浮固體的容積。

SVI30 = SV30 / MLSS×1000沉降比SV與污泥濃度有關(guān)。當(dāng)MLSS較大時(shí)，具有相同沉降性能的污泥具有較大的SV。當(dāng)曝氣池中混合物的MLSS變化很大時(shí)，SV值無法與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，反映的污泥情況也會失真。測量SV或SVI的目的是反映二沉池中污泥的沉降和濃度。

SVI不僅是污泥沉降性能的指標(biāo)，也是污泥吸附性能的指標(biāo)。一般來說，SVI值越大，沉降性能越差，但吸附性能越好;反之，SVI值越小，沉降性能越好，吸附性能越差。在傳統(tǒng)的活性污泥法中，一般認(rèn)為SVI值在100左右，綜合效果最好，過大或過小都不利于提高出水水質(zhì)。

3、mlss(混合懸浮固體濃度)：指曝氣槽中混合污水和活性污泥的混合懸浮固體的數(shù)量，以mlss表示，以mg/l表示。它近似于曝氣罐中活性微生物的濃度，是操作管理的重要參數(shù)。

4、MLVSS(揮發(fā)性懸浮固體濃度)：是指混合物中懸浮固體中有機(jī)物的含量，用MLVSS表示，它比MLSS更能準(zhǔn)確地表示活性污泥微生物的數(shù)量。

5、SRT(污泥齡或平均細(xì)胞停留時(shí)間)：是指活性污泥在整個(gè)系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間，一般用SRT表示：

SRT =活性污泥系統(tǒng)中的總活性污泥/每天從系統(tǒng)排出的活性污泥量=(Ma + Mc + MR)/(Mw + Me)其中Ma是曝氣池中的活性污泥污泥量是二沉池中的污泥量; MR是回流系統(tǒng)中的污泥量; Mw是每天排放的剩余污泥量;和Me是每天從二級沉淀池中帶走的污泥量。

f/m(污泥負(fù)荷)：指在單位時(shí)間內(nèi)，某一處理效果所能維持的活性污泥單位重量有機(jī)物的量。單位為kgbod5/kg(mlvss/D)。通常用F/M表示有機(jī)負(fù)荷，F(xiàn)(飼料?)用于表示進(jìn)入系統(tǒng)的食物量，m用于表示活性微生物的量，即曝氣過程中揮發(fā)性固體的量。(另一種：污泥裝載)-曝氣池中每千克活性污泥每單位時(shí)間的五天生化需氧量。它的計(jì)量單位通常用千克/千克/天表示。

f/m=q*bod5(每天進(jìn)入系統(tǒng)的食物量)/mlvss*va(曝氣過程中的微生物量)公式：q為流入流量(m3/d);bod5為進(jìn)入的bod5值(mg/l);va為曝氣罐的有效體積(m3);mlvss是曝氣池中活性污泥濃度(mg/l)。

6、營養(yǎng)元素

營養(yǎng)元素在工業(yè)廢水的生化處理中起著重要的作用。根據(jù)其細(xì)胞組成和代謝特性，生物培養(yǎng)的微生物在生長繁殖過程中需要一定數(shù)量的營養(yǎng)元素，主要是氮和磷。因此，在工業(yè)廢水的生物培養(yǎng)過程中，需要有規(guī)律地添加營養(yǎng)物質(zhì)，以保證廢水中有足夠的氮和磷。

BOD：N：P=100：5：1，是好氧生化系統(tǒng)的比例，在好氧生化培養(yǎng)中，氮的缺乏會導(dǎo)致絲狀或分散的微生物種群，從而導(dǎo)致沉降性能差。此外，氮的缺乏使得新細(xì)胞很難形成，而舊細(xì)胞繼續(xù)去除BOD物質(zhì)，導(dǎo)致排泄過多的副產(chǎn)物-絨毛柳絮，這些都具有較差的沉淀性能。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，從廢水中每100千克BOD需要5千克氮和1千克磷。在許多條件下，氮以氨的形式存在，磷以磷酸的形式加入廢水中。細(xì)菌需要氮來產(chǎn)生蛋白質(zhì)，并且需要磷來產(chǎn)生分解廢水中有機(jī)物的酶。通常，細(xì)菌可以容易地使用氨氮。處理工業(yè)廢水時(shí)，如果廢水中氮含量低，則不能滿足微生物的需要，還應(yīng)加入尿素，硫酸銨，糞肥等氮營養(yǎng)。

細(xì)菌在微生物中需要更多的磷。在工業(yè)廢水中，需要添加磷元素，如磷酸鉀和磷酸鈉。

7、BOD5

bod5的試驗(yàn)方法嚴(yán)格遵循國家廢水水質(zhì)分析標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。需氧微生物分解水中有機(jī)污染物所需的氧量稱為生化需氧量(以mg/l為單位)。它反映了有氧條件下水中可生物降解有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量。生化需氧量越高，水中有氧有機(jī)物越多。

好氧微生物降解有機(jī)污染物的過程可分為兩個(gè)階段：第一階段是有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氨的過程;第二階段是氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。污水的生化需氧量通常僅指第一階段有機(jī)生物氧化所需的氧氣量。

微生物的活性與溫度有關(guān)。20℃通常用作測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)溫度。一般來說，生活污水中的有機(jī)物基本上需要20天左右的時(shí)間才能基本完成第一階段的分解和氧化過程，即確定第一階段的生化需氧量至少需要20天。這在實(shí)際工作中是困難的。

目前，5天被用作測量生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，這被稱為5天生化需氧量(由BOD5表示)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，一般有機(jī)物質(zhì)的5天生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%。對于其他工業(yè)廢水，他們的5天生化需氧量和第一階段生化需氧量。差異可以更大或更近，并且不能一概而論。

生化需氧量的檢測與分析在污水處理工程中具有重要意義。BOD/COD值可以反映廢水的可生化性。生化需氧量(BOD/COD)越高，廢水的可生化性越強(qiáng)，生物處理方法越適用。廢水的理化預(yù)處理單元和厭氧生物反應(yīng)對提高廢水的生物降解能力，進(jìn)而提高好氧生化系統(tǒng)的處理效率和效果起著至關(guān)重要的作用。