詳解活性污泥的食微比（F-M）

2/2詳解活性污泥的食微比（F/M）從公眾號前面的文章里，我們逐步了解了活性污泥是由很多有生命的微生物構(gòu)成的，它們每天從入流的污水中獲得有機污染物作為自身生長的營養(yǎng)，為了更加準確的判斷入流污水中有機污染物和微生物之間的關(guān)系，建立了一個參數(shù)：F/M，一般稱為食微比或有機負荷。食微比書面定義及實踐操作的理解F/M（食微比或有機負荷）：英文名：Food-to-MassRatio，其含義為單位重量的活性污泥在單位時間內(nèi)要保證一定的處理效果所能承受的有機污染物量，代表了微生物量與食物量之間的一種平衡關(guān)系，它直接影響活性污泥增長速率、有機污染物的去除率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。實踐運用中要突出食微比概念中食物與微生物的關(guān)系，讓我們通過下面這個生動的例子來了解食微比的概念。我們假設(shè)M值是一座廟里的和尚，F(xiàn)值是和尚的口糧，那么食物對于廟里的和尚來說會有如下表所示的三種情況和結(jié)果口糧情況和尚生活狀況最終結(jié)果口糧富余營養(yǎng)狀況好，新和尚來了廟里香火旺盛口糧緊張營養(yǎng)狀況差，新和尚不來了香火勉強維持口糧嚴重不足和尚容易得病，有的病死了和尚數(shù)量少了很多通過上表，我們可以清楚的理解到：活性污泥的控制不是認為的，而是完全取決于進水有機物的濃度。也就是我們需要了解的一個基本概念：有多少食物才可以養(yǎng)多少微生物。所以，在實際操作過程中經(jīng)常會看到不懂的為什么要對活性污泥進行排泥，或者不知道控制多少活性污泥濃度是合適的。這就要求我們充分理解“有多少食物才可以養(yǎng)多少微生物”這句話。食微比的計算方法食微比（F/M）理論上是以五日生化需氧量（BOD5）的濃度來計算的，因為BOD是微生物降解的有機物濃度（詳見公眾號BOD篇），而微生物的濃度是基于混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）的濃度來計算的，因為MLVSS是活性污泥里面微生物的成分（詳見公眾號MLSS篇）。所以食微比（有機負荷）的計算表示為：(1)其中：Q為每日的進水量；V為生物反應(yīng)池的體積，特指為曝氣池的體積。在實際應(yīng)用中，由于BOD和MLSS的檢測頻次和檢測手段的限制，我們一般采用COD和MLSS來計算，因此F/M計算公式可以寫為：(2)在公式2的F/M比的計算針對我們污水廠的實際情況進行了一些變化。在這個方程中，兩個重要的計算變量進行了調(diào)整。有機物負荷不采用BOD5，而是使用污水廠通常使用的化學(xué)需氧量（COD）。微生物群體采用了污水廠常用的混合液懸浮固體（MLSS），而不是混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）。是因為在污水廠的實際運行中，COD、MLSS為每日檢測指標，數(shù)據(jù)更容易得到。但是我們要明白，其實我們用公式2計算，只是為了更快捷方便的計算F/M，公式2不是F/M的最基本的意義。對于食微比的理解上圖表示一個相對穩(wěn)定時期的污水處理廠F/M的比值，出現(xiàn)高中低的情況。其中縱坐標為有機物底物的濃度，橫坐標為時間；深藍色的曲線為食物（COD）的變化情況，紅色的曲線為細菌種群的變化曲線，虛線為游泳型纖毛蟲（楯纖蟲等）的變化，淺色細線為固著型纖毛蟲（鐘蟲、累枝蟲等）的變化，深色細線為輪蟲的變化。（關(guān)于活性污泥中的微生物會在以后鏡檢篇中詳細介紹，本篇不做重點介紹）F/M比高的區(qū)域，意味著相對于可用于消耗該食物的微生物的量來說，存在更多的食物。也就對應(yīng)于前面例子中口糧富余情況，這時細菌是活躍和分散的，并且它們快速繁殖，但是細菌不會形成良好的絮凝物，也就是沒有良好的絮凝體沉淀效果。這個區(qū)域可以稱為活性污泥的生成區(qū)域。一般對應(yīng)于活性污泥的培養(yǎng)階段或再生階段，我們在實際操作中以高F/M值運行活性污泥法的污水處理廠，往往會導(dǎo)致二沉池中活性污泥沉降差和上清液渾濁的現(xiàn)象。F/M比低的區(qū)域，意味著相對于可用于消耗該食物的微生物的量來說，存在食物不足。也就對應(yīng)于前面例子中口糧不足的情況，這時活性污泥絮凝體內(nèi)的細菌開始以絮凝體內(nèi)的粘質(zhì)層為食，分解在F/M最佳階段所形成的絮凝物，由于絮凝物質(zhì)被細菌蠶食，活性污泥的絮凝體開始變得松散，在沉淀池中的沉淀性能快速下降，出水會帶泥，但上清液由于有機底物被微生物吞食干凈，在過濾掉懸浮的微生物殘渣后的上清液水質(zhì)是達標的。通過這張圖我們分析了兩個極端的變化情況，不論是F/M值高還是F/M值低都會導(dǎo)致出現(xiàn)分散的絮凝物，從而造成出水水質(zhì)超標。為此，操作人員應(yīng)高度重視F/M的運用。特別是系統(tǒng)發(fā)生故障時，一定要運用此公式對系統(tǒng)進行運行狀態(tài)的分析確認，大多數(shù)運行故障多與食微比的控制不合理存在關(guān)聯(lián)。食微比參考控制值我們了解了F/M在污水廠的運行管理中的作用以后，我們需要有一個標準值作為我們的管理指標。但是一般來說是不可能有一個理想的F/M值適用于所有活性污泥處理系統(tǒng)。每個污水處理系統(tǒng)的各個方面都是不同的，每個系統(tǒng)都有自己的理想或最優(yōu)的F/M值，這個比值的大小取決于活性污泥法的類型和進入活性污泥系統(tǒng)的污水特性。而我們工藝運行人員的工作，其實就是要通過一系列的基本工作，來確定適合我們系統(tǒng)的最佳F/M值。上圖為來源于網(wǎng)絡(luò)的各種活性污泥法F/M的參考值，只供參考。食微比和其他控制指標的關(guān)系及聯(lián)合分析方法（1）食微比與活性污泥濃度的關(guān)系。通過食微比的計算公式就可以知道，這兩個控制指標的關(guān)系非常密切。作為活性污泥系統(tǒng)故障必須分析的項目之一，其分析目的也就是為了能夠系統(tǒng)地了解進水有機物濃度對應(yīng)目前的活性污泥濃度是否合適，由此可以指導(dǎo)調(diào)整活性污泥的濃度值，并最終能夠達到活性污泥濃度與進水有機物濃度間的恰當比例。正如食微比實踐操作理解中涉及到的那樣，活性污泥濃度控制值必須和進水濃度相適應(yīng)，在實踐操作中更重要的加大排泥控制方面的經(jīng)驗積累。過大的排泥速率會使活性污泥濃度過快下降，等到活性污泥濃度分析結(jié)果出來的時候，再去改變操作，恐難以迅速恢復(fù)了。同樣過小的排泥速率，會導(dǎo)致排泥效果不明顯，如果排泥量低于活性污泥的增長量，我們還會發(fā)現(xiàn)污泥濃度隨排泥的進行反而還會上升。如何控制合理的排泥，將食微比控制在合理范圍，這就需要我們積累排泥的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，特別是不同活性污泥濃度情況下，對應(yīng)排泥量的曲線還是有必要制作的。(2)食微比與溶解氧的關(guān)系。就食微比與溶解氧的關(guān)系，其與食微比與活性污泥濃度的關(guān)系相類似。即在較低食微比情況下，同樣降解一定量的有機物，所消耗的溶解氧反而更高。這為我們在實踐操作中的節(jié)能工作提供了基礎(chǔ)性的指導(dǎo)。上表中，我們確實可以清楚的發(fā)現(xiàn)，隨著食微比的增加，需氧量反而是減少的，其原因在于一定量的有機物被微生物所降解，消耗的溶解氧是一定的。當食微比過低時，相應(yīng)的活性污泥濃度處在一個過剩的范圍內(nèi)，這部分過剩的活性污泥越多，消耗額外的溶解氧就越多了，所以，食微比越低，需氧量相對就越高了。這就可以指導(dǎo)我們在水處理過程中通過控制食微比值來達到節(jié)能的目的，即在保證處理效果的前提下，盡量提高食微比，以避免不必要的曝氣消耗。(3)食微比與活性污泥沉降比的關(guān)系。活性污泥控制在不同的食微比階段，其表現(xiàn)的沉降比特征是不一樣的，這樣通過沉降比表現(xiàn)也可側(cè)面了解活性污泥的食微比概況，避免出現(xiàn)單靠計算數(shù)據(jù)帶來的誤判。因為計算數(shù)據(jù)往往受到活性污泥有效成分含量