如何利用ATP測試實現生物工藝污泥總量的優化——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是通過提高MLSS來增加系統的負荷能力。雖然理論上來說引入額外的污泥(生物質)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

沉降性差

增加排泥量

降低曝氣的傳氧效率

增加內源呼吸反應的比例

當污泥處于較高的泥齡狀態時，系統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的整體運行效率。

大多數污水處理廠通過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底優化。因為缺乏有效的數據支撐，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ATP)數據，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，對于系統的處理能力的調控更有信心。同時，cATP數據不僅靈敏，而且對入水條件的變化反應迅速，可以更早的捕獲系統受到沖擊或者運營不良的信號。

如果每日測量cATP數據，量化工藝中的活性微生物量，確認系統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產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),  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數據來有效判斷一個污水處理系統是否處于佳狀態，是否因為保守的調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)，系統幾乎維持了同樣的BOD去除效率，工藝的穩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，因此在調節SRT的過程中需要同時考慮多個因素的影響。

優化策略

對于一個維持較高MLSS的工藝，系統污泥總量優化策略的目標是：在保持相同的活性微生物量的情況下(工人數量不變)，通過主動排泥降低系統MLSS。在實現過程中，必1須每天對曝氣池和污泥回流處的MLSS和ATP數據進行測量，通過計算  F/M和SRT，確保優化過程的正確進行。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。為了獲得足夠的數據來形成優化控制目標，基準線的建立需要每天從曝氣池至少取樣分析2次，持續至少兩周時間。

2.通過對污泥總量的小范圍調節并觀察系統的生物響應來逐漸達到既定的優化目標。減少系統污泥總量的方式為調整RAS和WAS的比例，在下圖中，通過有節奏的增加WAS，排出系統中的惰性污泥，MLSS濃度曲線從A點開始一步一步的降低。在優化的過程中，可以以幾天為一個周期逐步調整并不間斷的測試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節后cATP濃度的反1彈(綠色)。

3.建議每次排泥量為系統總量的10%。10%的變化量可以給系統帶來足夠的“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.

推薦在每次調整過程之前選擇一個預期的ABR數值，并通過循環操作達到這個目標。如果在調節過程中遇到上圖B點所顯示的cATP顯著降低時，證明系統污泥總量達到不可逆轉折點，如果繼續增加排泥，污泥所包含的生態系統將無法支撐。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。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定。

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

5.建立新的工藝控制參數，如F/M和SRT：

采用新的SRT來計算WAS

用調整后的MLSS和歷史COD濃度來計算新的 F/M 比例，推薦用sCOD而不是tCOD數據。

6.調整結束后，可以通過新的溶氧濃度來優化曝氣過程，節省電力開支。

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/M 偏低，SVI> 500  mg/L。利用ATP測試進行診斷發現， 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天的連續兩次的污泥沖洗策略，從系統中排出多余的污泥，同時每日取樣監測cATP濃度(用于計算MLAVSS),通過兩周的工藝調整，其系統的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%，系統總污泥量降低33%，同時有效改善了污泥膨脹問題。