详解活性污泥的食微比（F-M）

2/2详解活性污泥的食微比（F/M）从公众号前面的文章里，我们逐步了解了活性污泥是由很多有生命的微生物构成的，它们每天从入流的污水中获得有机污染物作为自身生长的营养，为了更加准确的判断入流污水中有机污染物和微生物之间的关系，建立了一个参数：F/M，一般称为食微比或有机负荷。食微比书面定义及实践操作的理解F/M（食微比或有机负荷）：英文名：Food-to-MassRatio，其含义为单位重量的活性污泥在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机污染物量，代表了微生物量与食物量之间的一种平衡关系，它直接影响活性污泥增长速率、有机污染物的去除率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。实践运用中要突出食微比概念中食物与微生物的关系，让我们通过下面这个生动的例子来了解食微比的概念。我们假设M值是一座庙里的和尚，F值是和尚的口粮，那么食物对于庙里的和尚来说会有如下表所示的三种情况和结果口粮情况和尚生活状况最终结果口粮富余营养状况好，新和尚来了庙里香火旺盛口粮紧张营养状况差，新和尚不来了香火勉强维持口粮严重不足和尚容易得病，有的病死了和尚数量少了很多通过上表，我们可以清楚的理解到：活性污泥的控制不是认为的，而是完全取决于进水有机物的浓度。也就是我们需要了解的一个基本概念：有多少食物才可以养多少微生物。所以，在实际操作过程中经常会看到不懂的为什么要对活性污泥进行排泥，或者不知道控制多少活性污泥浓度是合适的。这就要求我们充分理解“有多少食物才可以养多少微生物”这句话。食微比的计算方法食微比（F/M）理论上是以五日生化需氧量（BOD5）的浓度来计算的，因为BOD是微生物降解的有机物浓度（详见公众号BOD篇），而微生物的浓度是基于混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）的浓度来计算的，因为MLVSS是活性污泥里面微生物的成分（详见公众号MLSS篇）。所以食微比（有机负荷）的计算表示为：(1)其中：Q为每日的进水量；V为生物反应池的体积，特指为曝气池的体积。在实际应用中，由于BOD和MLSS的检测频次和检测手段的限制，我们一般采用COD和MLSS来计算，因此F/M计算公式可以写为：(2)在公式2的F/M比的计算针对我们污水厂的实际情况进行了一些变化。在这个方程中，两个重要的计算变量进行了调整。有机物负荷不采用BOD5，而是使用污水厂通常使用的化学需氧量（COD）。微生物群体采用了污水厂常用的混合液悬浮固体（MLSS），而不是混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）。是因为在污水厂的实际运行中，COD、MLSS为每日检测指标，数据更容易得到。但是我们要明白，其实我们用公式2计算，只是为了更快捷方便的计算F/M，公式2不是F/M的最基本的意义。对于食微比的理解上图表示一个相对稳定时期的污水处理厂F/M的比值，出现高中低的情况。其中纵坐标为有机物底物的浓度，横坐标为时间；深蓝色的曲线为食物（COD）的变化情况，红色的曲线为细菌种群的变化曲线，虚线为游泳型纤毛虫（楯纤虫等）的变化，浅色细线为固着型纤毛虫（钟虫、累枝虫等）的变化，深色细线为轮虫的变化。（关于活性污泥中的微生物会在以后镜检篇中详细介绍，本篇不做重点介绍）F/M比高的区域，意味着相对于可用于消耗该食物的微生物的量来说，存在更多的食物。也就对应于前面例子中口粮富余情况，这时细菌是活跃和分散的，并且它们快速繁殖，但是细菌不会形成良好的絮凝物，也就是没有良好的絮凝体沉淀效果。这个区域可以称为活性污泥的生成区域。一般对应于活性污泥的培养阶段或再生阶段，我们在实际操作中以高F/M值运行活性污泥法的污水处理厂，往往会导致二沉池中活性污泥沉降差和上清液浑浊的现象。F/M比低的区域，意味着相对于可用于消耗该食物的微生物的量来说，存在食物不足。也就对应于前面例子中口粮不足的情况，这时活性污泥絮凝体内的细菌开始以絮凝体内的粘质层为食，分解在F/M最佳阶段所形成的絮凝物，由于絮凝物质被细菌蚕食，活性污泥的絮凝体开始变得松散，在沉淀池中的沉淀性能快速下降，出水会带泥，但上清液由于有机底物被微生物吞食干净，在过滤掉悬浮的微生物残渣后的上清液水质是达标的。通过这张图我们分析了两个极端的变化情况，不论是F/M值高还是F/M值低都会导致出现分散的絮凝物，从而造成出水水质超标。为此，操作人员应高度重视F/M的运用。特别是系统发生故障时，一定要运用此公式对系统进行运行状态的分析确认，大多数运行故障多与食微比的控制不合理存在关联。食微比参考控制值我们了解了F/M在污水厂的运行管理中的作用以后，我们需要有一个标准值作为我们的管理指标。但是一般来说是不可能有一个理想的F/M值适用于所有活性污泥处理系统。每个污水处理系统的各个方面都是不同的，每个系统都有自己的理想或最优的F/M值，这个比值的大小取决于活性污泥法的类型和进入活性污泥系统的污水特性。而我们工艺运行人员的工作，其实就是要通过一系列的基本工作，来确定适合我们系统的最佳F/M值。上图为来源于网络的各种活性污泥法F/M的参考值，只供参考。食微比和其他控制指标的关系及联合分析方法（1）食微比与活性污泥浓度的关系。通过食微比的计算公式就可以知道，这两个控制指标的关系非常密切。作为活性污泥系统故障必须分析的项目之一，其分析目的也就是为了能够系统地了解进水有机物浓度对应目前的活性污泥浓度是否合适，由此可以指导调整活性污泥的浓度值，并最终能够达到活性污泥浓度与进水有机物浓度间的恰当比例。正如食微比实践操作理解中涉及到的那样，活性污泥浓度控制值必须和进水浓度相适应，在实践操作中更重要的加大排泥控制方面的经验积累。过大的排泥速率会使活性污泥浓度过快下降，等到活性污泥浓度分析结果出来的时候，再去改变操作，恐难以迅速恢复了。同样过小的排泥速率，会导致排泥效果不明显，如果排泥量低于活性污泥的增长量，我们还会发现污泥浓度随排泥的进行反而还会上升。如何控制合理的排泥，将食微比控制在合理范围，这就需要我们积累排泥的经验数据，特别是不同活性污泥浓度情况下，对应排泥量的曲线还是有必要制作的。(2)食微比与溶解氧的关系。就食微比与溶解氧的关系，其与食微比与活性污泥浓度的关系相类似。即在较低食微比情况下，同样降解一定量的有机物，所消耗的溶解氧反而更高。这为我们在实践操作中的节能工作提供了基础性的指导。上表中，我们确实可以清楚的发现，随着食微比的增加，需氧量反而是减少的，其原因在于一定量的有机物被微生物所降解，消耗的溶解氧是一定的。当食微比过低时，相应的活性污泥浓度处在一个过剩的范围内，这部分过剩的活性污泥越多，消耗额外的溶解氧就越多了，所以，食微比越低，需氧量相对就越高了。这就可以指导我们在水处理过程中通过控制食微比值来达到节能的目的，即在保证处理效果的前提下，尽量提高食微比，以避免不必要的曝气消耗。(3)食微比与活性污泥沉降比的关系。活性污泥控制在不同的食微比阶段，其表现的沉降比特征是不一样的，这样通过沉降比表现也可侧面了解活性污泥的食微比概况，避免出现单靠计算数据带来的误判。因为计算数据往往受到活性污泥有效成分含量