大幅度快速降溫對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xì)菌的適宜生長溫度在30℃～36℃之間［8］。目前，人們對(duì)低溫運(yùn)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(duì)大幅度快速降溫條件下，活性污泥系統(tǒng)的變化及其對(duì)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(gè)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(huì)對(duì)污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生較為嚴(yán)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(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響，旨在分析突然大幅度降溫的負(fù)面影響，同時(shí)考察運(yùn)行一段時(shí)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(yàn)用水來源和水質(zhì)

本試驗(yàn)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(biāo)如表1中所示。

表1 試驗(yàn)廢水成份

1.2 試驗(yàn)裝置和方法

采用SBR反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)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(yùn)行效果。試驗(yàn)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(shí)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(shí)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(jī)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(shí)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(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。SBR每個(gè)周期的運(yùn)行方式為瞬時(shí)進(jìn)水、缺氧攪拌30min、好氧曝氣3h、靜止沉淀2h和閑置待機(jī)2.5h。每個(gè)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(yàn)裝置

1.3 檢測(cè)分析項(xiàng)目

水質(zhì)指標(biāo)采用國家環(huán)?？偩诸C布的標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定。COD采用5B－3型COD快速測(cè)定儀測(cè)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(yàn)結(jié)果均選取試驗(yàn)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(duì)SVI的影響

系統(tǒng)在常溫狀態(tài)下運(yùn)行了30d，SVI值穩(wěn)定在80～90mL／g，此時(shí)將溫度從25℃左右突然降低至14℃左右運(yùn)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(huì)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(shì)。

當(dāng)系統(tǒng)溫度從14℃恢復(fù)至25℃運(yùn)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(dāng)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(tuán)由原來的密實(shí)狀態(tài)，改變?yōu)樗缮⒌男螒B(tài)，絲狀菌增多，在菌膠團(tuán)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(dāng)系統(tǒng)溫度恢復(fù)到常溫時(shí)，菌膠團(tuán)部分恢復(fù)為原來密實(shí)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(shí)的80～90mL／g狀態(tài)。上述菌膠團(tuán)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(duì)污泥沉降性的影響

2.2 迅速降溫對(duì)硝化效果的影響

因?yàn)榈蜏貙?duì)污水處理的硝化效果影響較大，因此考察低溫變化情況對(duì)硝化的效果十分必要。溫度為25℃和14℃時(shí)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(yùn)行穩(wěn)定。

當(dāng)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?？梢娊禍睾笙趸磻?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(xiàn)報(bào)道基本一致［15－16］。

當(dāng)溫度恢復(fù)到25℃時(shí)，系統(tǒng)的氨氮去除率開始回升，從低溫時(shí)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(shí)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(yàn)表明，迅速降溫對(duì)活性污泥工藝硝化效果有明顯抑制作用，尤其在低溫時(shí)活性污泥硝化功能較差。但當(dāng)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(yùn)行。因此建議北方地區(qū)在冬季低溫期，當(dāng)進(jìn)水水溫低于15℃時(shí)，采用減少進(jìn)水量、延長曝氣時(shí)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(duì)系統(tǒng)硝化效果的影響。

2.3 迅速降溫對(duì)除磷效果的影響

為了考察迅速降溫對(duì)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(shí)，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(yùn)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(shí)，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(dāng)水溫恢復(fù)到常溫時(shí)，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(duì)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(duì)溫度的適應(yīng)性比較強(qiáng)，當(dāng)系統(tǒng)溫度在5～30℃時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

圖6 大幅度降溫及恢復(fù)對(duì)磷去除的影響

2.4 迅速降溫對(duì)COD去除的影響

為了考察迅速降溫對(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)比正常情況下COD去除率并沒有明顯下降。因此迅速降溫對(duì)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(shí)，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(dāng)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(duì)系統(tǒng)的磷和COD的去除效果影響較小。

3）大幅度降溫對(duì)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(dāng)恢復(fù)到常溫后，系統(tǒng)硝化效果可以恢復(fù)。

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