大幅度快速降溫對活性污泥系統的影響

摘 要：為了研究降低大幅快速降溫對活性污泥系統的影響，采用SBR反應器，控制平均DO濃度 1.5 mg/L左右，考察了大幅度降溫對活性污泥系統的影響。結果表明：當系統溫度從25 ℃大幅度降溫到14 ℃時，可引發活性污泥沉降性指標惡化，SVI值明顯升高并導致污泥膨脹。當系統溫度恢復至常溫25 ℃后，SVI值有一定程度的下降，但并未恢復到SVI的正常范圍。大幅度降溫對活性污泥系統磷和COD的去除效果影響較小，而對活性污泥硝化效果有較大影響。大幅度降溫后系統的氨氮去除率下降至20%左右。當系統溫度恢復到常溫后，活性污泥的硝化效果可以恢復。

關鍵詞：大幅快速降溫； 活性污泥；污泥特性； 去除效果；

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：A 文章編號：16744764（2012）05012105

溫度是影響微生物生長和生存的重要條件之一，每種微生物都有各自的適宜生長溫度[13]。在一定的溫度范圍內，隨著溫度的上升，微生物的生長繁殖加速[47]。各種微生物都有最低、最高生長溫度。例如球衣菌適宜的生長溫度在30 ℃左右，在15 ℃以下生長不良。貝氏硫細菌的適宜生長溫度在30 ℃～36 ℃之間[8]。目前，人們對低溫運行的活性污泥工藝污染物處理特性和效能已開展過大量的研究[914]，但對大幅度快速降溫條件下，活性污泥系統的變化及其對污染物去除效能的研究很少。

中國廣大的北方地區，每年都有幾個月環境溫度較低。尤其是每年的秋冬和冬春交替季節，北方地區經常出現突然大幅度降溫天氣，往往會對污水處理系統產生較為嚴重的影響，本文采用SBR工藝，通過控制反應器內污水平均溫度在14 ℃±1 ℃～25 ℃±1 ℃條件下急劇變化，考察突然大幅度降低溫度對活性污泥系統的影響，旨在分析突然大幅度降溫的負面影響，同時考察運行一段時間后隨著系統的溫度恢復，活性污泥系統的除污染特性的變化。左金龍：大幅度快速降溫對活性污泥系統的影響〖=〗1 材料與方法

1.1 試驗用水來源和水質

本試驗所用生活污水取自哈爾濱商業大學家屬區，水質主要指標如表1中所示。

1.2 試驗裝置和方法

采用SBR反應器進行試驗，試驗地點建立在環境溫度為10～14 ℃左右的半地下室內，考察溫度在25 ℃和突然下降到14 ℃以及恢復到25 ℃的運行效果。試驗期間將采用溫度控制器調整到25 ℃，放入到反應器內，將反應器中混合液的溫度控制在25±1 ℃。實現溫度迅速下降的方法如下：在反應器內將溫度控制器取出，SBR反應器溫度可實現突然下降到環境溫度10 ℃-14 ℃，然后放入溫度控制器控制反應器系統的溫度在14 ℃±1 ℃。

SBR反應器材質為有機玻璃，其上部是圓柱形，下部為圓錐體。該SBR反應器總高度為700 mm，直徑為200 mm，總有效容積為12 L，如圖1所示。同時在SBR反應器壁的垂直方向上，設置一排間隔10 cm的取樣口，分別在反應期間用于取樣以及沉淀末期排水。在SBR反應器底部設有放空管，用于放空和排泥。

SBR反應器曝氣器采用曝氣砂頭，曝氣量由轉子流量計進行調節。SBR每個周期的運行方式為瞬時進水、缺氧攪拌30 min、好氧曝氣3 h、靜止沉淀2 h和閑置待機2.5 h。每個周期結束后排放系統的混合液，控制控制平均DO濃度 1.5 mg/L左右，MLSS在2 500～3 000 mg/L，SRT=12～15 d左右。

1.3 檢測分析項目

水質指標采用國家環保總局頒布的標準分析方法測定。COD采用5B-3型COD快速測定儀測定；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法；MLSS采用濾紙重量法； COD和氨氮的試驗結果均選取試驗穩定的典型周期，采用重現性較好的數據。2 結果與討論

2.1 迅速降溫對SVI的影響

系統在常溫狀態下運行了30 d，SVI值穩定在80～90 mL/g，此時將溫度從25 ℃左右突然降低至14 ℃左右運行30 d。降溫第一天，SVI值有明顯的升高，從87 mL/g升高至97.6 mL/g，之后SVI值逐漸升高至230 mL/g左右，最終SVI值保持在240～260 mL/g之間。顯微鏡檢發現污泥中絲狀菌增多，大幅度降溫會使污泥沉降性明顯變差，容易導致污泥膨脹且有不斷惡化的趨勢。

當系統溫度從14 ℃恢復至25 ℃運行30 d，系統SVI值逐漸降低，從250 mL/g左右下降并穩定在190 mL/g左右，但是SVI值并沒有恢復到降溫前數值，污泥沉降性能及SVI值并沒有得到完全恢復，鏡檢發現絲狀菌只是略微減少，污泥仍然處于較輕度膨脹狀態。

當溫度從常溫突然降低到低溫，系統內的微生物形態發生改變，通過鏡檢發現菌膠團由原來的密實狀態，改變為松散的形態，絲狀菌增多，在菌膠團之間構成網狀的連接，直接導致活性污泥的沉降性能下降，SVI值迅速升高。當系統溫度恢復到常溫時，菌膠團部分恢復為原來密實狀態，絲狀菌略微減少，活性污泥的沉降性能得以部分恢復，SVI值可恢復到190 mL/g左右，不能迅速恢復到常溫時的80～90 mL/g狀態。上述菌膠團和絲狀菌的隨著環境溫度的變化，其形態和數量發生相應的改變，導致生物系統的沉降性隨著溫度的變化而變化。

2.2 迅速降溫對硝化效果的影響

因為低溫對污水處理的硝化效果影響較大，因此考察低溫變化情況對硝化的效果十分必要。溫度為25 ℃和14 ℃時系統硝化效果如圖3和4所示。

圖3中可見常溫條件下系統的硝化效果較好，氨氮去除率均保持在91%左右，硝酸鹽有一定積累，硝化效果明顯，系統運行穩定。

當將溫度從25 ℃突然迅速降至14 ℃，氨氮去除率開始迅速下降，從91%迅速降至20%左右，硝酸鹽生成濃度比降溫前明顯減少，如圖4所示。可見降溫后硝化反應并未完全，低溫使脫氮效果明顯惡化，污泥硝化活性急劇下降，系統硝化功能大為降低，這與某些文獻報道基本一致[1516]。

當溫度恢復到25 ℃時，系統的氨氮去除率開始回升，從低溫時20%左右逐漸恢復到降溫前的去除效率（90%左右），硝酸鹽含量也逐漸增加，如圖5所示。此時系統硝化功能恢復，硝化完全。

試驗表明，迅速降溫對活性污泥工藝硝化效果有明顯抑制作用，尤其在低溫時活性污泥硝化功能較差。但當恢復溫度后，活性污泥系統硝化功能仍可以恢復到正常范圍并穩定運行。因此建議北方地區在冬季低溫期，當進水水溫低于15 ℃時，采用減少進水量、延長曝氣時間、增加反應池內污泥濃度等一些有效方法，緩解低溫對系統硝化效果的影響。

2.3 迅速降溫對除磷效果的影響

為了考察迅速降溫對除磷效果的影響，分別考察了常溫、迅速降溫和溫度恢復時，活性污泥系統的除磷效果，如圖6所示。

從圖6中看出，常溫、低溫、恢復常溫各運行了30 d。降溫前后系統的除磷效果卻并沒有較大的改變。正磷酸鹽的去除率只是從降溫前84%略微下降至81%，去除效率變化不大。在水溫為14 ℃時，SBR工藝除磷效果并沒有較大的影響，出水中正磷含量始終保持在1 mg/L以下。當水溫恢復到常溫時，活性污泥系統除磷效果穩定，和常溫、低溫相比較，系統出水中正磷含量始終保持在1 mg/L以下。

因此溫度突然下降、恢復常溫對活性污泥系統的磷處理效果影響不明顯，其原因是聚磷菌對溫度的適應性比較強，當系統溫度在5～30 ℃時，活性污泥的除磷性能沒有明顯的變化。國內外的一些研究也發現，在5～30 ℃活性污泥系統除磷效果均很好[17]。這與本實驗結果基本一致。

2.4 迅速降溫對COD去除的影響

為了考察迅速降溫對除COD去除效果的影響，分別考察了常溫、迅速降溫和溫度恢復時，活性污泥系統的COD去除效果，如圖7所示。

從圖7中可看出，在常溫、迅速降溫和溫度恢復的過程中，COD去除率始終保持在80%左右，對比正常情況下COD去除率并沒有明顯下降。因此迅速降溫對COD的去除率影響較小，出水COD始終保持在50 mg/L左右。3 結 論

1）系統溫度從25 ℃大幅度降溫到14 ℃時，可引發活性污泥系統沉降性惡化，SVI值有明顯升高并導致污泥膨脹。當系統溫度恢復至常溫25 ℃后，SVI值有一定程度的下降，但并未恢復到SVI的正常范圍。

2）大幅度降溫對系統的磷和COD的去除效果影響較小。

3）大幅度降溫對活性污泥硝化效果有較大影響，系統的氨氮去除率下降至20%左右。但是當恢復到常溫后，系統硝化效果可以恢復。

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（編輯 胡 玲）