秋冬季節污水處理廠活性污泥運行問題及對策

馮振濤(東莞市環保產業促進中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

近幾十年來，隨著我國經濟發展水平的不斷提高，人們生活水平得到了極大提升，對生態環境品質的要求也越來越高。生態環境保護的重要性日益凸顯，我國的污水處理行業也進入了高速發展階段。截至2019年，我國共建設有城鄉污水處理廠4 359座，總處理規模約2.15億噸/天，這些污水處理廠的建成運行給我國水污染治理工作提供了有益助力。

目前我國污水處理廠絕大多數采用的都是生物處理工藝(活性污泥法或其改進工藝)，對環境溫度的變化較為敏感。而我國地處北半球，大部分地區四季分明，室外氣溫在冬季和夏季的差值通常會有20 ℃以上。季節更替帶來的氣溫變化經常會對微生物的活性帶來較大影響，從而會影響到污水處理廠活性污泥的正常生長。為了平衡低溫帶來的不利影響，秋冬季節污水處理廠通常會采用高濃度的活性污泥運行工況，但是高濃度活性污泥帶來的污泥膨脹、鼓泡等情況也非常突出。解決這些問題對污水處理廠的正常運行非常重要，通常需要污水廠提前進行工藝調整。

1 低溫對活性污泥運行的影響

大量研究表明，溫度是活性污泥正常運行的一個重要因子[1-3]。活性污泥中微生物的適宜生存區間接近室溫，通常在在18～35 ℃之間有較好的活性。當水溫處于較低區間時，特別是當溫度低于15 ℃時，微生物的生長、繁殖及新陳代謝都會受到巨大影響。同時，溫度還會影響活性污泥的沉降性能等，對污泥活性產生影響。

1.1 低溫不利于污泥中微生物的增殖過程

有研究表明，在低溫情況下活性污泥中的微生物表面蛋白質的活性降低，其表面的原生質膜流動性下降，從而不利于微生物進行營養物質的運輸。同時較低的溫度也抑制了微生物體內酶的活性，阻礙了微生物對營養物質的利用，使微生物不能正常進行營養吸收，從而抑制了微生物的生長，使活性污泥中微生物菌群數量下降，活性大為降低[4]。同時脫氮除磷過程中硝化菌、聚磷菌等微生物的活性也會受到溫度的影響，生長速率降低，導致污泥齡增長，從而出現這些活性微生物流失的現象[5]。因此，低溫會嚴重影響微生物的代謝，導致污泥活性下降。

1.2 低溫影響了微生物代謝的營養來源組分

低溫通常會使有機物在水中的溶解度下降，然而不同有機物在水中的溶解度不同，其溶解度受到溫度變化而變化的趨勢也不盡相同。因此，較低的水溫使得活性污泥中各種微生物生長所需的養料溶解度發生變化，一方面可能會使不同營養組分之間的比例發生變化，可能偏離了微生物生長所需的最佳比例，不利于微生物的代謝過程；另一方面，較低的水溫整體降低了水中微生物生長所需的營養來源(如：碳源、氮源等)的含量，相比水溫較高的情況下，可能需要投加更多的營養物質才能保證活性污泥中微生物的正常生長，增加了污水處理廠的運營成本。同時，大量本應作為能量來源的有機物不能溶解于水中被微生物利用，也可能會導致產生大量污泥，影響活性污泥的濃度。

1.3 低溫可能會引起污泥膨脹

隨著秋冬季節來臨，部分污水處理廠的活性污泥會因為溫度降低而發生污泥膨脹現象，影響污水處理廠的正常運行效果。這是因為當氣溫較低時，污水中正常的活性菌群生長受到抑制，繁殖緩慢。而其中適合低溫生長的微絲菌屬微生物在適宜溫度下卻會大量繁殖生長，這些菌屬會在生長過程中互相勾連、聚合成團，從而形成較大的顆粒，產生大量的剩余污泥，如不及時排除，就會引起污水處理廠的污泥膨脹。

1.4 低溫降低了污泥的沉降性能

在秋冬季節，隨著環境溫度的降低，污水處理廠的活性污泥沉降性能會大幅降低。這是由于氣溫降低后，活性污泥中微生物菌群的活性降低，其細胞表面胞外聚合物的分泌量減少，微生物之間的相互作用降低，較難以結合在一起形成團狀聚合物，導致活性污泥顆粒細碎，不易形成大顆粒絮狀物，從而使得污泥顆粒的沉降性能下降，降低了泥水分離的效果，導致出水中常有細小懸浮顆粒出現，影響了出水效果[6]。

2 秋冬季節污水處理廠活性污泥的工藝調整

通常，對于污水處理廠的活性污泥來說，在生存環境不發生大的變化情況下其生態系統一般較為穩定，微生物的生長代謝都能與環境相適應，各類菌群所占的比例一般也處在一個平衡狀態。但是當秋冬季節來臨時，污水處理廠的氣溫可能在短短的幾天時間內就發生10 ℃以上的突然變化。這一情況會使活性污泥中的微生物面臨巨大的挑戰。前期已經馴化的適應較高溫度生長的微生物在突然而來的低溫下大量死去或失去活性，而重新馴化新的適應低溫環境的微生物需要花費大量時間、人力、物力。而且在舊菌群失去活性、新微生物菌群的馴化完成期間，會造成污水處理廠污泥活性的降低甚至消失，使微生物系統崩潰，在產生大量剩余污泥的同時，引起污水處理廠處理效果的急劇下降。因此需要提前做好準備，在溫度尚未發生較大變化的秋季就提前做好菌種的馴化，以較長的時間來抵消菌群組成變化帶來的影響。同時，在冬季污水處理廠運行時，要控制好運行參數，以適應環境變化的需要[7]。

2.1 穩定污泥排放，控制污泥泥齡

低溫時活性污泥中的微生物活性較低，因此很多污水處理廠會選擇在秋冬季節通過提高污泥濃度來保持活性。但是穩定運行的活性污泥內蘊含有大量微生物，在短時間內通過不脫泥或者少脫泥來實現污泥濃度的提升，會使微生物生長時間過長，可能會引起污泥過度老化，從而導致產生生物泡沫或者污泥膨脹。因此在任何工況調整下，都不能忽略保證剩余污泥的穩定排放。這就需要一個較長時間的工藝調整過程，污水處理廠應該在保證污泥穩定排放的前提下，采用一些較為緩和的措施來控制污泥泥齡。

2.2 提前介入，提升微生物適應性

一般微生物會在生長代謝的過程中逐漸適應周圍環境的溫度，但這一適應過程通常需要耗費較長的時間。而當秋冬季節來臨時環境溫度突然降低，微生物通常很難在短期內輕易適應，這就需要通過人為介入，來補充更適應環境的微生物以更換這一部分微生物。因此就需要污水處理廠根據所處位置往年的氣溫變化規律，提前做好相應的預案，在秋季氣溫剛開始下降時，就緩慢地進行活性污泥的置換，一步步提高微生物對低溫天氣的適應性，最好能夠在秋末完成置換并開始逐漸提升污泥濃度，直到達到冬季運行工況下的活性污泥濃度，以保證污水處理廠生化處理工藝的穩定運行。

2.3 調整營養組分比例，保證微生物的正常生長

前面已經提到，活性污泥中微生物的活性受環境溫度影響極大，低溫時微生物的正常生長會受到極大抑制。為了保持低溫條件下微生物的生長增殖、新陳代謝，就需要污水處理廠密切關注污水中各營養組分的含量，并根據實際情況適當調整有機組分的比例。例如污水處理廠可以通過補充投加碳源或者調整碳源、氮源等營養組分比例等方式，來為微生物的生長提供充足的養分和合適的營養，以保障微生物的正常生長，從而使活性污泥在秋冬季低溫條件下，依然保持足夠的活力，維持污水處理廠的有效運行。

3 結語

總之，秋冬季節氣溫的變化對污水處理廠運行效果的影響，主要是源于對其中微生物生長狀態的影響。因此，對于采用微生物處理方法的污水處理廠來說，四季變遷引起的溫度變化對活性污泥正常運行帶來的周期性影響是其運行時必須面對的一個難題，這就需要各個污水處理廠結合當地實際，從活性污泥法處理污水的運行本質出發，通過采用控制污泥泥齡、提前采取措施提升微生物適應性和調整營養比例等途徑，尋找探索出適合自身情況的最佳調整措施，維持活性污泥中微生物的活性，才能保持污水處理廠的正常有效運行，保障出水水質的穩定達標。