大幅度快速降溫對活性污泥系統(tǒng)的影響

左金龍

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)a.食品工程學(xué)院；b.省高校食品科學(xué)與工程重點實驗室，哈爾濱，150076；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱150090）

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(nèi)，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(tǒng)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(qū)，每年都有幾個月環(huán)境溫度較低。尤其是每年的秋冬和冬春交替季節(jié)，北方地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)突然大幅度降溫天氣，往往會對污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生較為嚴重的影響，本文采用SBR工藝，通過控制反應(yīng)器內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)的溫度恢復(fù)，活性污泥系統(tǒng)的除污染特性的變化。

1 材料與方法

1.1 試驗用水來源和水質(zhì)

本試驗所用生活污水取自哈爾濱商業(yè)大學(xué)家屬區(qū)，水質(zhì)主要指標如表1中所示。

表1 試驗廢水成份

1.2 試驗裝置和方法

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

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

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

圖1 試驗裝置

1.3 檢測分析項目

水質(zhì)指標采用國家環(huán)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(jié)果均選取試驗穩(wěn)定的典型周期，采用重現(xiàn)性較好的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 迅速降溫對SVI的影響

系統(tǒng)在常溫狀態(tài)下運行了30d，SVI值穩(wěn)定在80～90mL／g，此時將溫度從25℃左右突然降低至14℃左右運行30d。降溫第一天，SVI值有明顯的升高，從87mL／g升高至97.6mL／g，之后SVI值逐漸升高至230mL／g左右，最終SVI值保持在240～260mL／g之間。顯微鏡檢發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致污泥膨脹且有不斷惡化的趨勢。

當系統(tǒng)溫度從14℃恢復(fù)至25℃運行30d，系統(tǒng)SVI值逐漸降低，從250mL／g左右下降并穩(wěn)定在190mL／g左右，但是SVI值并沒有恢復(fù)到降溫前數(shù)值，污泥沉降性能及SVI值并沒有得到完全恢復(fù)，鏡檢發(fā)現(xiàn)絲狀菌只是略微減少，污泥仍然處于較輕度膨脹狀態(tài)。

當溫度從常溫突然降低到低溫，系統(tǒng)內(nèi)的微生物形態(tài)發(fā)生改變，通過鏡檢發(fā)現(xiàn)菌膠團由原來的密實狀態(tài)，改變?yōu)樗缮⒌男螒B(tài)，絲狀菌增多，在菌膠團之間構(gòu)成網(wǎng)狀的連接，直接導(dǎo)致活性污泥的沉降性能下降，SVI值迅速升高。當系統(tǒng)溫度恢復(fù)到常溫時，菌膠團部分恢復(fù)為原來密實狀態(tài)，絲狀菌略微減少，活性污泥的沉降性能得以部分恢復(fù)，SVI值可恢復(fù)到190mL／g左右，不能迅速恢復(fù)到常溫時的80～90mL／g狀態(tài)。上述菌膠團和絲狀菌的隨著環(huán)境溫度的變化，其形態(tài)和數(shù)量發(fā)生相應(yīng)的改變，導(dǎo)致生物系統(tǒng)的沉降性隨著溫度的變化而變化。

圖2 大幅度降溫及恢復(fù)對污泥沉降性的影響

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(tǒng)硝化效果如圖3和4所示。

圖3 常溫條件下氨氮去除效果（25℃）

圖4 低溫條件下氨氮去除效果（14℃）

圖3中可見常溫條件下系統(tǒng)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(tǒng)運行穩(wěn)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(yīng)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(tǒng)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(fù)到25℃時，系統(tǒng)的氨氮去除率開始回升，從低溫時20%左右逐漸恢復(fù)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(tǒng)硝化功能恢復(fù)，硝化完全。

圖5 恢復(fù)常溫氨氮去除效果（25℃）

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(fù)溫度后，活性污泥系統(tǒng)硝化功能仍可以恢復(fù)到正常范圍并穩(wěn)定運行。因此建議北方地區(qū)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(yīng)池內(nèi)污泥濃度等一些有效方法，緩解低溫對系統(tǒng)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(fù)時，活性污泥系統(tǒng)的除磷效果，如圖6所示。

從圖6中看出，常溫、低溫、恢復(fù)常溫各運行了30d。降溫前后系統(tǒng)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1mg／L以下。當水溫恢復(fù)到常溫時，活性污泥系統(tǒng)除磷效果穩(wěn)定，和常溫、低溫相比較，系統(tǒng)出水中正磷含量始終保持在1mg／L以下。

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

圖6 大幅度降溫及恢復(fù)對磷去除的影響

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(fù)時，活性污泥系統(tǒng)的COD去除效果，如圖7所示。

圖7 大幅度降溫及恢復(fù)對COD去除的影響

從圖7中可看出，在常溫、迅速降溫和溫度恢復(fù)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50mg／L左右。

3 結(jié) 論

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

2）大幅度降溫對系統(tǒng)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(tǒng)的氨氮去除率下降至20%左右。但是當恢復(fù)到常溫后，系統(tǒng)硝化效果可以恢復(fù)。

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