污水厂的基本理论（三）-物质不灭
对于哲学来说，物质不灭是最基本的内容之一，物质不仅从数量上说是不灭的，它从质量上说也是不灭的。物质本身具有不断转化的能力和条件。任何个别事物都不是从“无”中产生的，而是从它物转化而来的事物的灭亡也并非变为“乌有”，而是转化别的物质形态。可以说世界正是因为这条基本原理而存在的，所以在污水厂的运行中也是同样适用的，但是在很多时候，污水厂的管理人员往往忘记了这条最基本的原理。公众号今天就和大家探讨下物质不灭在污水厂中的应用。
在污水厂中最容易和这个基本理论违背的就是运营人员对剩余污泥排放的控制管理工作。污水厂的一些管理人员都比较忽视剩余污泥的管理工作，一般都认为只要出水良好就好了，剩余污泥随便排就可以了，反正污染物都去除了，厂内就没什么问题了。这其实是对这个理论的不明确造成的。污水厂没有把污染物质去除，污水厂只是利用微生物降解污染物的自然原理，把污染物质转换了，并没有凭空消失掉的。
污水处理是利用微生物对污水中的有机污染物质降解，吸收自身所需要的营养物质，从而生长繁殖的过程。比如异养型微生物会在好氧条件下，对水中的有机物降解，污水处理理论上的有机物降解过程如下图所示，要注意红圈圈住的部分，除了产生能量，以及代谢产物水，CO2，NH3以外，还有一部分变成了细胞合成物质，增加了细胞物质。这也就是说，微生物在降解有机物的过程中，污水中的有机物有三种去向，一种变成为活性污泥中微生物生存的能量；一种变成微生物生长活动中的代谢产物，水、CO2、NH3等；一种就是继续合成新的细胞，产生更多的微生物。从这个微生物降解有机物的模式图可以看到污水厂内的有机物没有凭空消失，只是转化了，转化为几种形式，当然我们希望它转化成能量，水、CO2、NH3是最好的了，但是微生物是要不断生长代谢才会产生和消耗能量，这也就是必须有很大一部分污水中的有机物转化为细胞合成物质，增加了活性污泥中的微生物的数量。
因此可以很明确的知道污水厂在处理每日进入厂内的污水中有机物的时候，通俗的说处理进水中的COD（或者BOD）的时候，每天都是要产生新生的微生物的，这些微生物每天都在增加了活性污泥的量，而从污水厂的管理宏观上讲，就是污泥浓度在不断上升，这必须要通过剩余污泥的排放来将这部分增加的污泥量排放到系统外，其实也就是把进入到污水厂的大部分有机物以剩余污泥形式排放到系统外，这就是有机物的物质不灭原理在污水厂的体现。
除了有机物以外，污水厂内的其他的污染物质也一样存在物质不灭的原理。最突出就是SS，悬浮固体特别是不挥发的悬浮无机颗粒，在污水厂中是绝对不会凭空消失的，微生物是无法对无机颗粒进行降解的，这也就是说在雨污合流的污水管网体系中，雨季期间带入大量的无机泥沙，是一定要通过污水厂的各种处理构筑物处理掉的。比如在预处理段的沉砂池内的无机砂粒的去除、在生化处理段的无机比例较高的剩余污泥的排放、在深度处理段混凝剂投加后生成的化学絮凝体结合污泥颗粒生成的化学污泥的排放等。进水的SS从数百mg/L到10mg/L以内，这部分SS没有凭空消失，只是在污水厂的各个处理阶段转化成了各种污泥，最终通过污泥脱水机脱水成泥饼外运出去。这就是污水厂内SS的物质不灭原理的体现。
城市污水中的TP对于微生物细胞来说是产生能量和构成细胞的的物质，但是它的去除除了微生物细胞本身所需的极少的一部分之外，大部分都要通过聚磷菌本身大量聚集的磷以后随着剩余污泥排出系统外，如果是化学除磷，根据化学除磷的基本原理，要生成含磷的沉淀物质进行去除，这都是要通过排放化学污泥来实现的。磷的去除也不是在污水厂里凭空消失的，而是通过剩余污泥的排放来实现，如果统计的手段足够精准，是可以实现污水厂内的磷的物料平衡的，这也是污水厂内TP的物质不灭。
总氮的去除，运行人员都比较明确了，通过两步反应完成以后，最终变成氮气释放到空气中去，这个过程进水的含氮物质大部分是变成氮气的，也就是氮物质没有消失，是转化成氮气释放了。特别要强调的是，除了转化成氮气释放的一部分以外，根据微生物的构成比例C:N:P=100：5：1的比例关系，还有一部分氮也组成了微生物细胞，成为活性污泥的一部分，所以通过剩余污泥也是可以去除一部分氮的。在一些污水厂中发现将剩余污泥临时排入到厂内构筑物内后，长期放置以后这部分污泥的总氮总磷是非常高的，这主要都是来自于进水的氮合成到了活性污泥内部，浓缩后就使这些放置的剩余污泥总氮变得很高，检测的数值高达200mg/L的总氮，这也正说明了进水中的总氮一部分变成氮气释放，一部分成为剩余污泥中的微生物的组成部分。污水厂的总氮也是物质不灭的，没有凭空消失掉。
无论哪一种污水的污染组分，在污水厂内都是有迹可循的，都没有凭空消失，都只是从一种形态转化成为另外一种形态，而最常见的是转化到活性污泥中，污水厂需要通过排放剩余污泥来把这些污染物质从系统中最终排出去，污水厂不是一个把污水中污染组分变魔术一样消失的场所，它只是把污染物质转化，集中，浓缩到污泥里去的一种工艺场所。对于污水厂的技术管理人员要清楚的认识到这一点，及时有效的排放剩余污泥，是每个污水厂运行管理最重要的工艺管理内容。
同理大家可以推演下，现阶段每个污水厂投加了大量的化学药剂来去除总磷总氮，根据物质不灭的基本原理，这些药剂并没有消失，那它去哪里了呢？一些变成了水和二氧化碳（投加的碳源），剩余部分当然是在污泥里面，所以当污水厂投加药剂的时候，无形中是在支出两份资金，一份是药剂本身的费用，另一部分是把这些药剂变成的污泥再从系统里脱水外运的污泥处置费用。