摘 要：为了研究降低大幅快速降温对活性污泥系统的影响，采用SBR反应器，控制平均DO浓度 1.5 mg/L左右，考察了大幅度降温对活性污泥系统的影响。结果表明：当系统温度从25 ℃大幅度降温到14 ℃时，可引发活性污泥沉降性指标恶化，SVI值明显升高并导致污泥膨胀。当系统温度恢复至常温25 ℃后，SVI值有一定程度的下降，但并未恢复到SVI的正常范围。大幅度降温对活性污泥系统磷和COD的去除效果影响较小，而对活性污泥硝化效果有较大影响。大幅度降温后系统的氨氮去除率下降至20%左右。当系统温度恢复到常温后，活性污泥的硝化效果可以恢复。
关键词：大幅快速降温； 活性污泥；污泥特性； 去除效果；
中图分类号：X703.1 文献标志码：A 文章编号：16744764（2012）05012105
温度是影响微生物生长和生存的重要条件之一，每种微生物都有各自的适宜生长温度[13]。在一定的温度范围内，随着温度的上升，微生物的生长繁殖加速[47]。各种微生物都有最低、最高生长温度。例如球衣菌适宜的生长温度在30 ℃左右，在15 ℃以下生长不良。贝氏硫细菌的适宜生长温度在30 ℃～36 ℃之间[8]。目前，人们对低温运行的活性污泥工艺污染物处理特性和效能已开展过大量的研究[914]，但对大幅度快速降温条件下，活性污泥系统的变化及其对污染物去除效能的研究很少。
中国广大的北方地区，每年都有几个月环境温度较低。尤其是每年的秋冬和冬春交替季节，北方地区经常出现突然大幅度降温天气，往往会对污水处理系统产生较为严重的影响，本文采用SBR工艺，通过控制反应器内污水平均温度在14 ℃±1 ℃～25 ℃±1 ℃条件下急剧变化，考察突然大幅度降低温度对活性污泥系统的影响，旨在分析突然大幅度降温的负面影响，同时考察运行一段时间后随着系统的温度恢复，活性污泥系统的除污染特性的变化。左金龙：大幅度快速降温对活性污泥系统的影响〖=〗
1 材料与方法
1.1 试验用水来源和水质
本试验所用生活污水取自哈尔滨商业大学家属区，水质主要指标如表1中所示。
1.2 试验装置和方法
采用SBR反应器进行试验，试验地点建立在环境温度为10～14 ℃左右的半地下室内，考察温度在25 ℃和突然下降到14 ℃以及恢复到25 ℃的运行效果。试验期间将采用温度控制器调整到25 ℃，放入到反应器内，将反应器中混合液的温度控制在25±1 ℃。实现温度迅速下降的方法如下：在反应器内将温度控制器取出，SBR反应器温度可实现突然下降到环境温度10 ℃-14 ℃，然后放入温度控制器控制反应器系统的温度在14 ℃±1 ℃。
SBR反应器材质为有机玻璃，其上部是圆柱形，下部为圆锥体。该SBR反应器总高度为700 mm，直径为200 mm，总有效容积为12 L，如图1所示。同时在SBR反应器壁的垂直方向上，设置一排间隔10 cm的取样口，分别在反应期间用于取样以及沉淀末期排水。在SBR反应器底部设有放空管，用于放空和排泥。
SBR反应器曝气器采用曝气砂头，曝气量由转子流量计进行调节。SBR每个周期的运行方式为瞬时进水、缺氧搅拌30 min、好氧曝气3 h、静止沉淀2 h和闲置待机2.5 h。每个周期结束后排放系统的混合液，控制控制平均DO浓度 1.5 mg/L左右，MLSS在2 500～3 000 mg/L，SRT=12～15 d左右。
1.3 检测分析项目
水质指标采用国家环保总局颁布的标准分析方法测定。COD采用5B-3型COD快速测定仪测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法；MLSS采用滤纸重量法； COD和氨氮的试验结果均选取试验稳定的典型周期，采用重现性较好的数据。
2 结果与讨论
2.1 迅速降温对SVI的影响
系统在常温状态下运行了30 d，SVI值稳定在80～90 mL/g，此时将温度从25 ℃左右突然降低至14 ℃左右运行30 d。降温第一天，SVI值有明显的升高，从87 mL/g升高至97.6 mL/g，之后SVI值逐渐升高至230 mL/g左右，最终SVI值保持在240～260 mL/g之间。显微镜检发现污泥中丝状菌增多，大幅度降温会使污泥沉降性明显变差，容易导致污泥膨胀且有不断恶化的趋势。
当系统温度从14 ℃恢复至25 ℃运行30 d，系统SVI值逐渐降低，从250 mL/g左右下降并稳定在190 mL/g左右，但是SVI值并没有恢复到降温前数值，污泥沉降性能及SVI值并没有得到完全恢复，镜检发现丝状菌只是略微减少，污泥仍然处于较轻度膨胀状态。
当温度从常温突然降低到低温，系统内的微生物形态发生改变，通过镜检发现菌胶团由原来的密实状态，改变为松散的形态，丝状菌增多，在菌胶团之间构成网状的连接，直接导致活性污泥的沉降性能下降，SVI值迅速升高。当系统温度恢复到常温时，菌胶团部分恢复为原来密实状态，丝状菌略微减少，活性污泥的沉降性能得以部分恢复，SVI值可恢复到190 mL/g左右，不能迅速恢复到常温时的80～90 mL/g状态。上述菌胶团和丝状菌的随着环境温度的变化，其形态和数量发生相应的改变，导致生物系统的沉降性随着温度的变化而变化。
2.2 迅速降温对硝化效果的影响
因为低温对污水处理的硝化效果影响较大，因此考察低温变化情况对硝化的效果十分必要。温度为25 ℃和14 ℃时系统硝化效果如图3和4所示。
图3中可见常温条件下系统的硝化效果较好，氨氮去除率均保持在91%左右，硝酸盐有一定积累，硝化效果明显，系统运行稳定。
当将温度从25 ℃突然迅速降至14 ℃，氨氮去除率开始迅速下降，从91%迅速降至20%左右，硝酸盐生成浓度比降温前明显减少，如图4所示。可见降温后硝化反应并未完全，低温使脱氮效果明显恶化，污泥硝化活性急剧下降，系统硝化功能大为降低，这与某些文献报道基本一致[1516]。 当温度恢复到25 ℃时，系统的氨氮去除率开始回升，从低温时20%左右逐渐恢复到降温前的去除效率（90%左右），硝酸盐含量也逐渐增加，如图5所示。此时系统硝化功能恢复，硝化完全。
试验表明，迅速降温对活性污泥工艺硝化效果有明显抑制作用，尤其在低温时活性污泥硝化功能较差。但当恢复温度后，活性污泥系统硝化功能仍可以恢复到正常范围并稳定运行。因此建议北方地区在冬季低温期，当进水水温低于15 ℃时，采用减少进水量、延长曝气时间、增加反应池内污泥浓度等一些有效方法，缓解低温对系统硝化效果的影响。
2.3 迅速降温对除磷效果的影响
为了考察迅速降温对除磷效果的影响，分别考察了常温、迅速降温和温度恢复时，活性污泥系统的除磷效果，如图6所示。
从图6中看出，常温、低温、恢复常温各运行了30 d。降温前后系统的除磷效果却并没有较大的改变。正磷酸盐的去除率只是从降温前84%略微下降至81%，去除效率变化不大。在水温为14 ℃时，SBR工艺除磷效果并没有较大的影响，出水中正磷含量始终保持在1 mg/L以下。当水温恢复到常温时，活性污泥系统除磷效果稳定，和常温、低温相比较，系统出水中正磷含量始终保持在1 mg/L以下。
因此温度突然下降、恢复常温对活性污泥系统的磷处理效果影响不明显，其原因是聚磷菌对温度的适应性比较强，当系统温度在5～30 ℃时，活性污泥的除磷性能没有明显的变化。国内外的一些研究也发现，在5～30 ℃活性污泥系统除磷效果均很好[17]。这与本实验结果基本一致。
2.4 迅速降温对COD去除的影响
为了考察迅速降温对除COD去除效果的影响，分别考察了常温、迅速降温和温度恢复时，活性污泥系统的COD去除效果，如图7所示。
从图7中可看出，在常温、迅速降温和温度恢复的过程中，COD去除率始终保持在80%左右，对比正常情况下COD去除率并没有明显下降。因此迅速降温对COD的去除率影响较小，出水COD始终保持在50 mg/L左右。3 结 论
1）系统温度从25 ℃大幅度降温到14 ℃时，可引发活性污泥系统沉降性恶化，SVI值有明显升高并导致污泥膨胀。当系统温度恢复至常温25 ℃后，SVI值有一定程度的下降，但并未恢复到SVI的正常范围。
2）大幅度降温对系统的磷和COD的去除效果影响较小。
3）大幅度降温对活性污泥硝化效果有较大影响，系统的氨氮去除率下降至20%左右。但是当恢复到常温后，系统硝化效果可以恢复。
参考文献：
[1]吴磊，龙天渝，王俊.CAST工艺在低温、较高负荷下的运行模式优化研究[J].中国给水排水，2010，26（13）：3842.
WU Le， LONG Tianyu， WANG Jun. Optimization of operating mode of CAST in low temperature and high load conditions[J]. China Water and Wastewater， 2010，26（13）：3842.
[2]Rory M， McKeown， Colm S， et al. Longterm （1243 days）， lowtemperature （415 ℃）， anaerobic biotreatment of acidified wastewaters： Bioprocess performance and physiological characteristics [J]. Water Research， 2009， 43（6）：16111620.
[3]Dophuong K， Laiminh Q， ZHANG Wenjie， et al. Effect of temperature on lowstrength wastewater treatment by UASB reactor using poly（vinyl alcohol）gel carrier [J]. Bioresource Technology， 2011， 102（24）： 1114711154.
[4]Katja J， Jorien G， Robbert K， et al. Short and longterm temperature effects on aerobic polyhydroxybutyrate producing mixed cultures [J]. Water Research， 2010， 44（6）：16891700.
[5]Alma S， Anne M E， Vincent O. Lowtemperature（7 ℃） anaerobic treatment of a trichloroethylenecontaminated wastewater： Microbial community development [J]. Water Research， 2011， 45（13）： 40354046.
[6]耿炤宇，董春娟，王增长.常低温下EGSB 处理生活污水的影响因素研究[J].中国给水排水，2010，26（7）：5458.
GENG Zhaoyu， DONG Chunjuan， WANG Zengzhang. Influencing factors of domestic sewage treatment by EGSB at ambient and low temperature[J]. China Water and Wastewater， 2010，26（7）：5458.
[7]Guo J B， Wang J H， Cui D， et al. Application of bioaugmentation in the rapid startup and stable operation of biological processes for municipal wastewater treatment at low temperatures [J]. Bioresource Technology， 2010， 101（17）：66226629. [8]Joe O， Changsoo L， Fabio C， et al. Microbial community dynamics associated with biomass granulation in lowtemperature （15 ℃） anaerobic wastewater treatment bioreactors [J]. Bioresource Technology， 2010， 101（16）： 63366344.
[9]尹军，李琳，桑磊，等. 低温SBR 法污水处理工艺若干研究进展[J]. 吉林建筑工程学院学报，2007，24（1）： 14.
YIN Jun， LI Lin， SANG Lei， et al. Several study development of low temperature SBR process[J]. Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute.2007，24（1）：14.
[10]Sun H W， Yang Q， Peng Y Z， et al. Advanced landfill leachate treatment using a twostage UASBSBR system at low temperature [J]. Journal of Environmental Sciences， 2010， 22（4）：481485.
[11]Wasala M K R T W， Bandara H S， Manabu S. Removal of residual dissolved methane gas in an upflow anaerobic sludge blanket reactor treating lowstrength wastewater at low temperature with degassing membrane [J]. Water Research， 2011， 4（11）： 35333540.
[12]Halalsheh M， Kassab G， Yazajeen H， et al. Field effect of increasing the surface area of primary sludge on anaerobic digestion at low temperature [J]. Bioresource Technology， 2011， 102（2）748752.
[13]钱程， 任丽波， 姚瑶.寒冷地区冬季低温对污水处理厂运行效率的影响研究[J].环境科学与管理，2008，33（5）：8486.
QIAN Cheng， REN Libo， YAO yao. The Effect of wastewater treatment plant in low temperature north[J]. Environmantal Science and Management， 2008， 33（5）：8486.
[14]Feng X， Jun M， Peng Y， et al. Effects of low temperature on coagulation of kaolinite suspensions [J]. Water Research， 2008， 42， （12）： 29832992.
[15]Gao D， Yu T， Rui A， et al. Fate of organic carbon in UAFB treating raw sewage： Impact of moderate to low temperature [J]. Bioresource Technology， 2011，102（3）： 22482254.
[16]Lenka V， Martin S， Radek S， et al. Wanner comparison of denitrification at low temperature using encapsulated Paracoccus denitrificans， Pseudomonas fluorescens and mixed culture [J]. Bioresource Technology， 2011， 102（7）： 46614666.
[17]王晓莲.A2/O 工艺运行优化及其过程控制的基础研究[D].北京：北京工业大学，2007.
