如何利用ATP測試實現(xiàn)生物工藝污泥總量的優(yōu)化——LuminUltra ATP活性微生物測試應用分析

背景介紹

活性污泥法利用微生物降解廢水中的有機成分，其中一個常見的操作誤區(qū)是通過提高MLSS來增加系統(tǒng)的負荷能力。雖然理論上來說引入額外的污泥(生物質(zhì))可以起到一定的作用，但是這樣的操作也存在一些明顯的負面效應，包括：

導致污泥處于饑餓狀態(tài)

沉降性差

增加排泥量

降低曝氣的傳氧效率

增加內(nèi)源呼吸反應的比例

當污泥處于較高的泥齡狀態(tài)時，系統(tǒng)降解由自身細胞凋亡而釋放的BOD的壓力大，需要更多的微生物來處理來自于污水中的BOD,  實則間接降低了系統(tǒng)的整體運行效率。

大多數(shù)污水處理廠通過MLSS和MLVSS做為一般指導原則來控制泥齡，但遺憾的是，MLSS和MLVSS無法直接反映活性污泥中具有活性的部分微生物的濃度，因此無法對污泥回流比的進行徹1底優(yōu)化。因為缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐，導致了運營工程師傾向于以維持“足夠多”的MLSS為原則的保守調(diào)控邏輯，忽視了該入水條件對污泥濃度的真實需求。下圖所展示的TSS中所包含的各組分示意圖，其中cATP所代表的活性細胞組分和工藝的污染物處理潛力有直接的關(guān)系，也可以稱做為污泥中的“工人階1級”。

LuminUltra  ATP測試所得到的cATP(胞內(nèi)ATP)數(shù)據(jù)，真實的反應了污泥中具有活性的部分微生物的濃度，能夠使運營工程師“看清”隱藏在污泥中的微生物真實狀態(tài)，對于系統(tǒng)的處理能力的調(diào)控更有信心。同時，cATP數(shù)據(jù)不僅靈敏，而且對入水條件的變化反應迅速，可以更早的捕獲系統(tǒng)受到?jīng)_擊或者運營不良的信號。

如果每日測量cATP數(shù)據(jù)，量化工藝中的活性微生物量，確認系統(tǒng)存在足夠的微生物以保證工藝的處理能力;同時主動排出對系統(tǒng)產(chǎn)生額外負荷的部分污泥來刺激微生物的自我繁殖;不僅可以獲得更高的ABR(活性微生物占TSS的比例)和更低的BSI(生物威脅指數(shù)),  同時，較低的TSS會增加曝氣的傳氧效率，降低了曝氣所需要的能耗。

下圖的實例說明了如何通過cATP數(shù)據(jù)來有效判斷一個污水處理系統(tǒng)是否處于佳狀態(tài)，是否因為保守的調(diào)控策略而攜帶了過高的污泥量。我們可以看出，在入水條件相對穩(wěn)定的情況下，當cATP濃度從464  ng/mL 降低到228 ng/mL 之后(減少51%污泥量)，系統(tǒng)幾乎維持了同樣的BOD去除效率，工藝的穩(wěn)定性依然能到了保證。

但值得注意的是，由于硝化菌的生長需要較長的泥齡，因此在調(diào)節(jié)SRT的過程中需要同時考慮多個因素的影響。

優(yōu)化策略

對于一個維持較高MLSS的工藝，系統(tǒng)污泥總量優(yōu)化策略的目標是：在保持相同的活性微生物量的情況下(工人數(shù)量不變)，通過主動排泥降低系統(tǒng)MLSS。在實現(xiàn)過程中，必1須每天對曝氣池和污泥回流處的MLSS和ATP數(shù)據(jù)進行測量，通過計算  F/M和SRT，確保優(yōu)化過程的正確進行。指導原則如下：

1.由于每一套活性污泥工藝都具備一定的特殊性，因此對于從未進行過ATP測試的污水處理廠，***步通常為建立基準線。為了獲得足夠的數(shù)據(jù)來形成優(yōu)化控制目標，基準線的建立需要每天從曝氣池至少取樣分析2次，持續(xù)至少兩周時間。

2.通過對污泥總量的小范圍調(diào)節(jié)并觀察系統(tǒng)的生物響應來逐漸達到既定的優(yōu)化目標。減少系統(tǒng)污泥總量的方式為調(diào)整RAS和WAS的比例，在下圖中，通過有節(jié)奏的增加WAS，排出系統(tǒng)中的惰性污泥，MLSS濃度曲線從A點開始一步一步的降低。在優(yōu)化的過程中，可以以幾天為一個周期逐步調(diào)整并不間斷的測試cATP濃度。值得提醒的是，雖然增大WAS會  同時排出惰性和非惰性污泥，但是有活性的微生物會迅速的重新生長，因此我們可觀測到每次調(diào)節(jié)后cATP濃度的反1彈(綠色)。

3.建議每次排泥量為系統(tǒng)總量的10%。10%的變化量可以給系統(tǒng)帶來足夠的“刺激”但又不會造成不可逆的影響。但需要注意在此過程中，運行人員必1須采取措施平衡RAS和WAS流量，以保證在二沉池中維持穩(wěn)定的污泥層。如果沒有足夠的RAS速率平衡，WAS速率的臨時增加可能導致污泥層的破壞并影響出水TSS.

推薦在每次調(diào)整過程之前選擇一個預期的ABR數(shù)值，并通過循環(huán)操作達到這個目標。如果在調(diào)節(jié)過程中遇到上圖B點所顯示的cATP顯著降低時，證明系統(tǒng)污泥總量達到不可逆轉(zhuǎn)折點，如果繼續(xù)增加排泥，污泥所包含的生態(tài)系統(tǒng)將無法支撐。此時，只需要降低排泥，將MLSS濃度引導回C點即可。

注意：不要設置過高的ABR目標，推薦的大ABR通常在35-40%的范圍內(nèi)。試圖超過這個ABR水平可能會導致浪費過多的活性生物量和性能不穩(wěn)定。

4.在優(yōu)化完成后需要至少保持兩周的密集監(jiān)控，以確保工藝的處理能力。在調(diào)節(jié)過程中，維持工藝的穩(wěn)定性是非常重要的，可以幫助系統(tǒng)快速適應新的反應條件。在此期間，可重1點監(jiān)測cATP，BSI，ABR和出水水質(zhì)(例如COD，P，NH?)。

5.建立新的工藝控制參數(shù)，如F/M和SRT：

采用新的SRT來計算WAS

用調(diào)整后的MLSS和歷史COD濃度來計算新的 F/M 比例，推薦用sCOD而不是tCOD數(shù)據(jù)。

6.調(diào)整結(jié)束后，可以通過新的溶氧濃度來優(yōu)化曝氣過程，節(jié)省電力開支。

實例分析

美國某市政污水處理廠活性污泥工藝運營不良，TSS濃度高達7000mg/L左右，SRT偏高，F(xiàn)/M 偏低，SVI> 500  mg/L。利用ATP測試進行診斷發(fā)現(xiàn)， 曝氣池中的AVSS濃度為788 mg/L, ABR為9%左右，遠低于推薦活性污泥工藝ABR參考值25%。

工程師采用間隔為6天的連續(xù)兩次的污泥沖洗策略，從系統(tǒng)中排出多余的污泥，同時每日取樣監(jiān)測cATP濃度(用于計算MLAVSS),通過兩周的工藝調(diào)整，其系統(tǒng)的TSS從7252  mg/L降低至4826 mg/L, 活性生物量從788 mg/L 增加到1186 mg/L,  ABR達到25%，系統(tǒng)總污泥量降低33%，同時有效改善了污泥膨脹問題。