一、概述
污水处理技术经历了从简单到复杂、从单一功能到多种功能、从低效率到较高效率的发展。污水处理工艺例如氧化沟、SBR法、A/O法等工艺得到了发展与应用。目前在众多的污水处理技术中，活性污泥法被认为是行之有效且应用最为广泛的一种生物处理法。活性污泥法由初沉池、曝气池、二沉池、曝气设备以及污泥回流设备等组成，主要构筑物是曝气池和二沉池
活性污泥法应用过程中经常会出现污泥膨胀、污泥上浮、污泥泡沫等问题，一旦运行发生上述问题就会导致污水处理效率降低，出水水质不达标。因此利用肉眼观察活性污泥的颜色、利用嗅觉闻活性污泥的气味和观察曝气池的曝气情况，能在一定程度上反映活性污泥的健康状态，通过光学显微镜，观察活性污泥中的细菌、真菌、原生动物及后生动物等微生物的种类、数量、优势度及其代谢等状况，也能在微观角度反应生化系统的健康状态。
二、实验
以广州石化炼油污水装置高浓度系列二级生化单元中氧化沟的活性污泥为研究对象，二级生化单元的组成如图1所示。
观察氧化沟活性污泥的颜色、性状，观察氧化沟以及南沉淀池内污泥的状况;某年4月1日至30日每天上午10∶00采氧化沟内沟泥水混合样500mL，测定污泥样品的SV30，测定氧化沟内沟活性污泥浓度，并对污泥样品进行微生物镜检;每隔5天采氧化沟进水、测定氧化沟出水、南沉淀池出水BOD5和COD;记录次月每次南沉淀池排泥前后污泥储罐液位。
三、结果与讨论
3.1 现场观测
利用锥型量筒采氧化沟中泥水混合物进行观察，污泥呈黄褐色，新鲜泥土气味略带些有机物特殊香味，从外观来看污泥性状正常。
观测氧化沟池面，池面有部分褐色泡沫，这是由于氧化沟内污泥龄过长，污泥老化发生解体，解絮污泥附于泡沫上随之上浮
观察南沉淀池内，发现水面有部分白色泡沫存在。出现这种现象的原因有两个，第一是污水中表面活性剂、类脂化合物等能引起放线菌迅速增殖的有机物导致产生生物泡沫浮渣;第二是南沉淀池污泥局部短时间内缺氧，出现反硝化现象造成污泥上浮，这种情况可通过测定南沉淀池进、出水总氮确定。
3.2 微生物镜检
活性污泥主要由具有活性微生物(Ma)、微生物自身氧化的残留物(Me)、吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi)和无机物(Mii)组成
对炼油污水场氧化沟中的活性污泥进行微生物镜检的结果如图2a~d所示。其中a为活性污泥总貌图，b为200倍下观测图，c、d为400倍下观测图。由图a可以看出污泥整体状态松散、解絮，细菌类形状已破裂，污泥活性不佳。而且微生物分布分散，活性污泥中Ma占比小，预示着水体有净化活性的微生物少，抗冲击能力差，翻泥易造成系统崩溃。由图c、d可以看到在活性污泥中未找到指示水质净化程度好的轮虫等微生物，而观察到较多的线虫，线虫的出现指示着水体净化能力差。在污泥中还观察到较多的表壳虫(d中心黑点)，表壳虫多生活在负荷较低的状态下，通常在食微比小于0.1的时候出现，且溶解氧高，污泥有老化的趋势;大量出现可基本确定为食微比低。污泥的生物相检测结果不理想，未能找到代表净化程度好的轮虫等微生物。
3.3 水质分析
对氧化沟进出、水，南沉淀池出水的BOD5和COD，以及氧化沟的污泥浓度进行检测，结果见表1。
废水中的COD根据生物降解性可分成两部分，即可生物降解COD组分(CODB)和不可生物降解组分(CODNB)。活性污泥对污染物的降解主要是由生物降解和微生物吸附完成，大部分的CODB被活性污泥中的COD降解菌所降解，小部分的CODNB则被活性污泥所吸附。因此，在废水生物法处理中，COD的去除率总是低于BOD5的去除率，结果使出水的B/C比值有较大幅度的下降，B/C比值往往小于0.10(视废水中CODB组分在COD中所占比例而定)。因此，可以通过测定进、出水的BOD5和COD来判断生物处理系统运行的状况，若进、出水的B/C比值变化不大，出水的BOD值亦较高，表明该系统运行不正常;反之，出水的B/C比值与进水B/C比值相比下降较快，说明系统运行正常。
除4月4日的出水B/C比得到了稳步下降，另外3日的B/C比并没有太大变化，4月12日更是由0.09升至0.35，由此可知氧化沟活性污泥降解污水CODB组分能力较差，运行状态不理想。
3.4 污泥性能
4月1日至30日测定氧化沟内沟活性污泥浓度，测定结果见图3。
由图3可知，4月氧化沟污泥浓度稳定在5000~7000mg/L之间，平均值为6083mg/L。而4月氧化沟SV30为92%~96%，由式(1)计算SVI指数：
SVI值为133~181mL/g，SVI值是判断污泥沉降性能的一个重要参数，通常认为SVI值为100~150时，污泥沉降性能良好，SVI值大于200时，污泥沉降性能差;氧化沟SVI值在133~181之间说明污泥沉降性能不稳定，氧化沟抗冲击能力低。
根据表1中污泥浓度、进水BOD5浓度和氧化沟容积利用式(2)计算4天的活性污泥负荷，并计算COD和BOD5去除率，计算结果见表2。
式中：Ls污泥负荷，kgCOD(BOD5)/(kgMLSS•d);Q每天进水量，m3/d;SCOD(BOD5)浓度，mg/L;V曝气池有效容积，m3;X污泥浓度，mg/L。
当活性污泥法处理系统在高BOD5污泥负荷条件下运行时，活性污泥的污泥泥龄较短，降解单位质量BOD5的需氧量就较低。这是因为在高负荷条件下，一部分被吸附而未被摄入细胞体内的有机污染物随剩余污泥排出。同时，在高负荷条件下活性污泥的内源代谢作用弱，因此需氧量较低。与之相反，当BOD5污泥负荷较低，污泥泥龄较长，微生物对有机污染物分解代谢程度较深，微生物的内源代谢时间长，这样降解单位质量BOD5需氧量就较高。活性污泥要保持正常状态，BOD5污泥负荷在0.2~0.3kg/(kgMLSS•d)为宜。污泥负荷过高或过低时容易发生活性污泥丝状膨胀
由表2可知氧化沟污泥负荷过低，污泥负荷过低会导致污泥进行内源呼吸，污泥自身硝化，反而可能会使COD增高，去除能力下降。由氧化沟COD和BOD5去除率可看出，污染物去除能力差，与污泥负荷低会造成的后果相符合。其次，污泥负荷过低或过高都会引起污泥膨胀，需加强排泥，控制污泥龄。
实验记录了2019年5月南沉淀池4次排泥情况，根据液位变化以及罐容计算排泥量，数据记录见表3。
计算污泥龄现阶段主要分传统污泥龄、瞬时污泥龄、动态污泥龄和实时污泥龄几种方式。试验研究的活性污泥系统由于排泥周期、污泥浓度都不稳定，因此确认为非稳态生化系统。计算污泥龄时采用劳伦斯和麦卡蒂模型，将污泥龄定义为曝气池中微生物的平均停留时间，粗略算出污泥龄，计算公式见式(3)。
式中：θC污泥龄，d;(X)T曝气池中总的污泥质量，kg;(△X/△t)T每天从处理系统排出的活性污泥质量，kg/d。
剩余污泥浓度介于1.0~1.2kg/m3，将相关数据代入公式得：
式中5.406为5月1日至26日平均污泥浓度，kg/m3，4000为氧化沟容积，m3。
污泥龄显然已超过250天，属于超长污泥龄;超长污泥龄对硝化反应有帮助，但同时有污泥老化的风险。由于系统非稳态系统，只能由劳卡模型计算平均污泥龄，与实际存在一些偏差。
四、结论与探讨
镜检结果显示氧化沟活性污泥絮体松散，Ma占比太小且易分解破碎，未发现反映水质良好的轮虫等微生物，微生物镜检结果不理想。活性污泥中观测到表壳虫指示污泥负荷低与后续测算的污泥负荷吻合，观测到线虫指示污水净化能力低也与所测算COD和BOD5去除率吻合。
经计算4月氧化沟进水、出水B/C下降不明显，证明氧化沟活性污泥降解污水CODB组分能力较差，运行状态不理想。
氧化沟SVI值在133~181之间，污泥沉降性能不稳定，氧化沟抗冲击能力低。氧化沟污泥负荷过低导致污泥进行内源呼吸，污泥自身硝化，COD去除能力降低。由氧化沟COD和BOD5去除率可看出，有机物去除能力差，与污泥负荷低会造成的后果相符合。
结合生化系统的排泥情况，可认为该系统为非稳态单元，因此采用劳伦斯和麦卡蒂模型进行粗略计算，得出污泥龄大于250天，由于对剩余活性污泥浓度未进行准确测定，因此计算结果与实际情况存在一定偏差。
污泥龄多数作为初设时的设计参数而并非运营状态的衡量指标，运营系统更重要的是维持稳定的污泥浓度，以获得稳定的有机负荷。有了稳定的污泥浓度，计算污泥龄和确定排泥周期才有意义;因此，当前最重要的是通过排泥或回流调整氧化沟污泥浓度，以COD去除率和氨氮去除率为衡量标准，寻找最优污泥浓度，确定最优有机负荷。
从实验结果可以看出氧化沟活性污泥泥龄过长，污泥易解絮，微生物少且易破碎，沉降性能差，抗冲击能力差，稍微来水水质波动或环境波动就会给系统带来冲击，生存能力弱的硝化菌种就会出现崩溃。
对活性污泥的性状分析不可单一只靠生物相检测或化学指标测定来衡量，要从多方面多角度衡量，做生物相检测得出的疑惑，在化学指标测定方面就有侧面的印证和解释。活性污泥性状的分析对于了解整个系统的运营状态至关重要，是从微观角度去解释系统出现问题的原因，对易受冲击的炼化污水工艺具有借鉴意义。（来源：中国石化广州分公司公用工程部）