废水处理过程通常涉及二级生物处理，即利用微生物去除溶解的有机物。确定这种处理性能的常见方法是通过食料微生物比（F:M）。在确定该比率的食料（F）部分方面，总有机碳（TOC）分析可提供比其他方法更准确、更可靠的数据，从而降低违规风险，并帮助优化二级生物处理。
二级生物处理是废水处理中的关键步骤，利用微生物去除有机物和其他营养物质（氮和磷）。其最佳操作需要在微生物和废水污染（有机食料）之间取得平衡。生物处理的实施方式可能因设施而异。市政废水设施的废水中往往具有更稳定的有机负荷，而工业废水往往会因生产活动的变化而更频繁、更快速地波动。这些波动可能会给生物处理带来问题，因为在此过程中使用的微生物对负载变化反应缓慢，而且很容易不堪重负。这可能会影响到处理效率和污染物去除。为了防止处理中断并优化工艺性能，操作员可以使用食料微生物比（F:M）来监测其有机负荷率和微生物种群。F:M比率通常用于控制和管理曝气、平衡、活性污泥回流和各种微生物维护。
F:M比对废水处理设施来说是一个有益的参数，因为它提供了对废水中有机负荷与可用作燃料源的微生物种群之间平衡关系的基本理解。然而，想要确定适当的比率，关键在于对食料和微生物进行充分、可靠和及时的测量，如此才能实现最佳的污染物去除和高效运行。
废水负荷中F:M的食料部分（F）通常是利用生物需氧量（BOD）或化学需氧量（COD）来确定。BOD和COD是测量样品中氧气的生物或化学消耗量的分析程序，该消耗量与废水中存在的有机物量相关。鉴于这些方法的速度及其对干扰的敏感性，对于工艺优化而言并非理想选择，而TOC则具有许多优势。具体内容将在下一节中进一步讨论。
反应器中的微生物（M）部分或生物量是通过混合液悬浮固体（MLSS）总固体或混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）来测量的，总固体的挥发性部分也被认为是微生物悬浮液。操作员通过将MLSS浓度（mg/L）乘以曝气池容积（MG）和水密度来计算MLSS。将MLSS乘以挥发性物质的百分比则可以得出MLVSS。虽然这些方法看似简单明了，但实际测量中却存在着一些缺陷，使得很难依靠F:M比进行工艺优化。
TOC如何改进过程控制
由于存在着一些缺点和干扰，运营商不能仅仅依赖在这些传统方法中使用F:M比。食料部分可能包括不容易被微生物降解的化合物，而微生物部分则假定了所有固体都是微生物（即使是死的）。BOD最多需要5天才能获得结果，并且容易受到消毒剂、氯和盐等因素的干扰，从而导致结果不准确。而COD虽然只需要2-3小时就能获得结果，但也容易受到亚硝酸盐、三价铁化合物、硫化物和氯化物等因素的干扰，而且在分析过程中还需要使用有毒化学物质。此外，采用规范方法进行的需氧量检测是以实验室为基础的，这增加了获得数据结果的时间。
这些限制使得操作员难以获得准确结果，对于有机负荷经常变化的设施来说尤为困难。使用总有机碳（TOC）来监测废水中的有机物含量比BOD和COD更有效，因为它直接量化了废水负荷中的有机污染物（食料）。与需氧量相比，使用TOC的其他优势还包括：完全捕获所有有机物；在几分钟而不是几小时或几天内获得结果；实现2-5%和10-20%的准确度；避免废水进料中可能存在的共污染物干扰。为了实时确定废水流的有机负荷，可以安装在线分析仪来观察废水有机负荷的变化，并迅速做出优化处理效率的决策。来自TOC监测的数据更准确、更可靠，可以降低违规风险，并且有助于优化曝气。同时，由于测量的是实际活性生物量种群，与MLSS或MLVSS相比，ATP在微生物（M）比例部分具有明显优势。这可以减少与悬浮固体相关的现场间差异。使用TOC和ATP可提供真实、可靠、适应性强的F:M比，从而清晰确定最佳工作范围。
生物处理在去除废水中的有机化合物方面起着至关重要的作用，监测F:M比有助于确保处理效率。通过使用TOC监测废水负荷中的食料，并使用ATP监测生物反应器中的微生物，操作员可以在有机负荷激增时采取行动，并调整参数以使用实时数据优化处理。
作者：Sara Speak
Sara Speak是Veolia水务技术与方案的产品应用专家，为化工、石化、食品饮料和市政废水等行业的Sievers分析仪器用户提供支持和应用知识。
Sara与客户合作，提供培训、支持产品安装、优化设备使用，并演示不同测试应用的可行性。在担任现职位之前，她是一名工厂服务技术员，负责Sievers仪器的维修与故障排除。Sara曾任职于食品饮料行业，在MillerCoors和Leprino Foods担任QA实验室技术员。她拥有丹佛大都会州立学院的化学理学学士学位，以及小提琴演奏音乐学士学位。
- 参考文献
-
- 1H2O3。《参与水处理的细菌和微生物》。https://www.1h2o3.com/en/learn/bacteria-and-microorganisms/。01/29/2024访问。
- Mason、Dave、Watson、Laura、Forth、Jesse和Schmidt、Jordan。《食料思考：F:M比》。WE&T Operations and Engineering，2019年10月。https://www.bioindicacion.com/wp-content/uploads/2019/10/2019-WET-Article-Food-For-Thought.pdf。01/29/2024访问。
- Veolia。《生物废水处理》。https://www.veoliawatertech.com/en/expertise/applications/biological-wastewater。01/29/2024访问。
- 生物废物处理专家。《F/M比率和运行废水处理系统》。01/21/2020。https：//www.biologicalwasteexpert.com/blog/fm-ratio-operating-wastewater-treatment-systems。02/12/2024访问。
- MECC。《第26课：活性污泥计算》。https://water.mecc.edu/courses/ENV148/lesson26.htm。02/21/2024访问。