馮振濤(東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000)

0 引言

近幾十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，人們生活水平得到了極大提升，對(duì)生態(tài)環(huán)境品質(zhì)的要求也越來越高。生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性日益凸顯，我國的污水處理行業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展階段。截至2019年，我國共建設(shè)有城鄉(xiāng)污水處理廠4 359座，總處理規(guī)模約2.15億噸/天，這些污水處理廠的建成運(yùn)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(shù)采用的都是生物處理工藝(活性污泥法或其改進(jìn)工藝)，對(duì)環(huán)境溫度的變化較為敏感。而我國地處北半球，大部分地區(qū)四季分明，室外氣溫在冬季和夏季的差值通常會(huì)有20 ℃以上。季節(jié)更替帶來的氣溫變化經(jīng)常會(huì)對(duì)微生物的活性帶來較大影響，從而會(huì)影響到污水處理廠活性污泥的正常生長(zhǎng)。為了平衡低溫帶來的不利影響，秋冬季節(jié)污水處理廠通常會(huì)采用高濃度的活性污泥運(yùn)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(duì)污水處理廠的正常運(yùn)行非常重要，通常需要污水廠提前進(jìn)行工藝調(diào)整。

1 低溫對(duì)活性污泥運(yùn)行的影響

大量研究表明，溫度是活性污泥正常運(yùn)行的一個(gè)重要因子[1-3]?；钚晕勰嘀形⑸锏倪m宜生存區(qū)間接近室溫，通常在在18～35 ℃之間有較好的活性。當(dāng)水溫處于較低區(qū)間時(shí)，特別是當(dāng)溫度低于15 ℃時(shí)，微生物的生長(zhǎng)、繁殖及新陳代謝都會(huì)受到巨大影響。同時(shí)，溫度還會(huì)影響活性污泥的沉降性能等，對(duì)污泥活性產(chǎn)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(zhì)的活性降低，其表面的原生質(zhì)膜流動(dòng)性下降，從而不利于微生物進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸。同時(shí)較低的溫度也抑制了微生物體內(nèi)酶的活性，阻礙了微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的利用，使微生物不能正常進(jìn)行營養(yǎng)吸收，從而抑制了微生物的生長(zhǎng)，使活性污泥中微生物菌群數(shù)量下降，活性大為降低[4]。同時(shí)脫氮除磷過程中硝化菌、聚磷菌等微生物的活性也會(huì)受到溫度的影響，生長(zhǎng)速率降低，導(dǎo)致污泥齡增長(zhǎng)，從而出現(xiàn)這些活性微生物流失的現(xiàn)象[5]。因此，低溫會(huì)嚴(yán)重影響微生物的代謝，導(dǎo)致污泥活性下降。

1.2 低溫影響了微生物代謝的營養(yǎng)來源組分

低溫通常會(huì)使有機(jī)物在水中的溶解度下降，然而不同有機(jī)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(shì)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(zhǎng)所需的養(yǎng)料溶解度發(fā)生變化，一方面可能會(huì)使不同營養(yǎng)組分之間的比例發(fā)生變化，可能偏離了微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)所需的營養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)才能保證活性污泥中微生物的正常生長(zhǎng)，增加了污水處理廠的運(yùn)營成本。同時(shí)，大量本應(yīng)作為能量來源的有機(jī)物不能溶解于水中被微生物利用，也可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量污泥，影響活性污泥的濃度。

1.3 低溫可能會(huì)引起污泥膨脹

隨著秋冬季節(jié)來臨，部分污水處理廠的活性污泥會(huì)因?yàn)闇囟冉档投l(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，影響污水處理廠的正常運(yùn)行效果。這是因?yàn)楫?dāng)氣溫較低時(shí)，污水中正常的活性菌群生長(zhǎng)受到抑制，繁殖緩慢。而其中適合低溫生長(zhǎng)的微絲菌屬微生物在適宜溫度下卻會(huì)大量繁殖生長(zhǎng)，這些菌屬會(huì)在生長(zhǎng)過程中互相勾連、聚合成團(tuán)，從而形成較大的顆粒，產(chǎn)生大量的剩余污泥，如不及時(shí)排除，就會(huì)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(jié)，隨著環(huán)境溫度的降低，污水處理廠的活性污泥沉降性能會(huì)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(xì)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(jié)合在一起形成團(tuán)狀聚合物，導(dǎo)致活性污泥顆粒細(xì)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(dǎo)致出水中常有細(xì)小懸浮顆粒出現(xiàn)，影響了出水效果[6]。

2 秋冬季節(jié)污水處理廠活性污泥的工藝調(diào)整

通常，對(duì)于污水處理廠的活性污泥來說，在生存環(huán)境不發(fā)生大的變化情況下其生態(tài)系統(tǒng)一般較為穩(wěn)定，微生物的生長(zhǎng)代謝都能與環(huán)境相適應(yīng)，各類菌群所占的比例一般也處在一個(gè)平衡狀態(tài)。但是當(dāng)秋冬季節(jié)來臨時(shí)，污水處理廠的氣溫可能在短短的幾天時(shí)間內(nèi)就發(fā)生10 ℃以上的突然變化。這一情況會(huì)使活性污泥中的微生物面臨巨大的挑戰(zhàn)。前期已經(jīng)馴化的適應(yīng)較高溫度生長(zhǎng)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(yīng)低溫環(huán)境的微生物需要花費(fèi)大量時(shí)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(huì)造成污水處理廠污泥活性的降低甚至消失，使微生物系統(tǒng)崩潰，在產(chǎn)生大量剩余污泥的同時(shí)，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(zhǔn)備，在溫度尚未發(fā)生較大變化的秋季就提前做好菌種的馴化，以較長(zhǎng)的時(shí)間來抵消菌群組成變化帶來的影響。同時(shí)，在冬季污水處理廠運(yùn)行時(shí)，要控制好運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)環(huán)境變化的需要[7]。

2.1 穩(wěn)定污泥排放，控制污泥泥齡

低溫時(shí)活性污泥中的微生物活性較低，因此很多污水處理廠會(huì)選擇在秋冬季節(jié)通過提高污泥濃度來保持活性。但是穩(wěn)定運(yùn)行的活性污泥內(nèi)蘊(yùn)含有大量微生物，在短時(shí)間內(nèi)通過不脫泥或者少脫泥來實(shí)現(xiàn)污泥濃度的提升，會(huì)使微生物生長(zhǎng)時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)引起污泥過度老化，從而導(dǎo)致產(chǎn)生生物泡沫或者污泥膨脹。因此在任何工況調(diào)整下，都不能忽略保證剩余污泥的穩(wěn)定排放。這就需要一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的工藝調(diào)整過程，污水處理廠應(yīng)該在保證污泥穩(wěn)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(yīng)性

一般微生物會(huì)在生長(zhǎng)代謝的過程中逐漸適應(yīng)周圍環(huán)境的溫度，但這一適應(yīng)過程通常需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。而當(dāng)秋冬季節(jié)來臨時(shí)環(huán)境溫度突然降低，微生物通常很難在短期內(nèi)輕易適應(yīng)，這就需要通過人為介入，來補(bǔ)充更適應(yīng)環(huán)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(jù)所處位置往年的氣溫變化規(guī)律，提前做好相應(yīng)的預(yù)案，在秋季氣溫剛開始下降時(shí)，就緩慢地進(jìn)行活性污泥的置換，一步步提高微生物對(duì)低溫天氣的適應(yīng)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(dá)到冬季運(yùn)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(wěn)定運(yùn)行。

2.3 調(diào)整營養(yǎng)組分比例，保證微生物的正常生長(zhǎng)

前面已經(jīng)提到，活性污泥中微生物的活性受環(huán)境溫度影響極大，低溫時(shí)微生物的正常生長(zhǎng)會(huì)受到極大抑制。為了保持低溫條件下微生物的生長(zhǎng)增殖、新陳代謝，就需要污水處理廠密切關(guān)注污水中各營養(yǎng)組分的含量，并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整有機(jī)組分的比例。例如污水處理廠可以通過補(bǔ)充投加碳源或者調(diào)整碳源、氮源等營養(yǎng)組分比例等方式，來為微生物的生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分和合適的營養(yǎng)，以保障微生物的正常生長(zhǎng)，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(yùn)行。

3 結(jié)語

總之，秋冬季節(jié)氣溫的變化對(duì)污水處理廠運(yùn)行效果的影響，主要是源于對(duì)其中微生物生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。因此，對(duì)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(duì)活性污泥正常運(yùn)行帶來的周期性影響是其運(yùn)行時(shí)必須面對(duì)的一個(gè)難題，這就需要各個(gè)污水處理廠結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，從活性污泥法處理污水的運(yùn)行本質(zhì)出發(fā)，通過采用控制污泥泥齡、提前采取措施提升微生物適應(yīng)性和調(diào)整營養(yǎng)比例等途徑，尋找探索出適合自身情況的最佳調(diào)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(yùn)行，保障出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。