秋冬季节污水处理厂活性污泥运行问题及对策

冯振涛(东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000)

0 引言

近几十年来，随着我国经济发展水平的不断提高，人们生活水平得到了极大提升，对生态环境品质的要求也越来越高。生态环境保护的重要性日益凸显，我国的污水处理行业也进入了高速发展阶段。截至2019年，我国共建设有城乡污水处理厂4 359座，总处理规模约2.15亿吨/天，这些污水处理厂的建成运行给我国水污染治理工作提供了有益助力。

目前我国污水处理厂绝大多数采用的都是生物处理工艺(活性污泥法或其改进工艺)，对环境温度的变化较为敏感。而我国地处北半球，大部分地区四季分明，室外气温在冬季和夏季的差值通常会有20 ℃以上。季节更替带来的气温变化经常会对微生物的活性带来较大影响，从而会影响到污水处理厂活性污泥的正常生长。为了平衡低温带来的不利影响，秋冬季节污水处理厂通常会采用高浓度的活性污泥运行工况，但是高浓度活性污泥带来的污泥膨胀、鼓泡等情况也非常突出。解决这些问题对污水处理厂的正常运行非常重要，通常需要污水厂提前进行工艺调整。

1 低温对活性污泥运行的影响

大量研究表明，温度是活性污泥正常运行的一个重要因子[1-3]。活性污泥中微生物的适宜生存区间接近室温，通常在在18～35 ℃之间有较好的活性。当水温处于较低区间时，特别是当温度低于15 ℃时，微生物的生长、繁殖及新陈代谢都会受到巨大影响。同时，温度还会影响活性污泥的沉降性能等，对污泥活性产生影响。

1.1 低温不利于污泥中微生物的增殖过程

有研究表明，在低温情况下活性污泥中的微生物表面蛋白质的活性降低，其表面的原生质膜流动性下降，从而不利于微生物进行营养物质的运输。同时较低的温度也抑制了微生物体内酶的活性，阻碍了微生物对营养物质的利用，使微生物不能正常进行营养吸收，从而抑制了微生物的生长，使活性污泥中微生物菌群数量下降，活性大为降低[4]。同时脱氮除磷过程中硝化菌、聚磷菌等微生物的活性也会受到温度的影响，生长速率降低，导致污泥龄增长，从而出现这些活性微生物流失的现象[5]。因此，低温会严重影响微生物的代谢，导致污泥活性下降。

1.2 低温影响了微生物代谢的营养来源组分

低温通常会使有机物在水中的溶解度下降，然而不同有机物在水中的溶解度不同，其溶解度受到温度变化而变化的趋势也不尽相同。因此，较低的水温使得活性污泥中各种微生物生长所需的养料溶解度发生变化，一方面可能会使不同营养组分之间的比例发生变化，可能偏离了微生物生长所需的最佳比例，不利于微生物的代谢过程；另一方面，较低的水温整体降低了水中微生物生长所需的营养来源(如：碳源、氮源等)的含量，相比水温较高的情况下，可能需要投加更多的营养物质才能保证活性污泥中微生物的正常生长，增加了污水处理厂的运营成本。同时，大量本应作为能量来源的有机物不能溶解于水中被微生物利用，也可能会导致产生大量污泥，影响活性污泥的浓度。

1.3 低温可能会引起污泥膨胀

随着秋冬季节来临，部分污水处理厂的活性污泥会因为温度降低而发生污泥膨胀现象，影响污水处理厂的正常运行效果。这是因为当气温较低时，污水中正常的活性菌群生长受到抑制，繁殖缓慢。而其中适合低温生长的微丝菌属微生物在适宜温度下却会大量繁殖生长，这些菌属会在生长过程中互相勾连、聚合成团，从而形成较大的颗粒，产生大量的剩余污泥，如不及时排除，就会引起污水处理厂的污泥膨胀。

1.4 低温降低了污泥的沉降性能

在秋冬季节，随着环境温度的降低，污水处理厂的活性污泥沉降性能会大幅降低。这是由于气温降低后，活性污泥中微生物菌群的活性降低，其细胞表面胞外聚合物的分泌量减少，微生物之间的相互作用降低，较难以结合在一起形成团状聚合物，导致活性污泥颗粒细碎，不易形成大颗粒絮状物，从而使得污泥颗粒的沉降性能下降，降低了泥水分离的效果，导致出水中常有细小悬浮颗粒出现，影响了出水效果[6]。

2 秋冬季节污水处理厂活性污泥的工艺调整

通常，对于污水处理厂的活性污泥来说，在生存环境不发生大的变化情况下其生态系统一般较为稳定，微生物的生长代谢都能与环境相适应，各类菌群所占的比例一般也处在一个平衡状态。但是当秋冬季节来临时，污水处理厂的气温可能在短短的几天时间内就发生10 ℃以上的突然变化。这一情况会使活性污泥中的微生物面临巨大的挑战。前期已经驯化的适应较高温度生长的微生物在突然而来的低温下大量死去或失去活性，而重新驯化新的适应低温环境的微生物需要花费大量时间、人力、物力。而且在旧菌群失去活性、新微生物菌群的驯化完成期间，会造成污水处理厂污泥活性的降低甚至消失，使微生物系统崩溃，在产生大量剩余污泥的同时，引起污水处理厂处理效果的急剧下降。因此需要提前做好准备，在温度尚未发生较大变化的秋季就提前做好菌种的驯化，以较长的时间来抵消菌群组成变化带来的影响。同时，在冬季污水处理厂运行时，要控制好运行参数，以适应环境变化的需要[7]。

2.1 稳定污泥排放，控制污泥泥龄

低温时活性污泥中的微生物活性较低，因此很多污水处理厂会选择在秋冬季节通过提高污泥浓度来保持活性。但是稳定运行的活性污泥内蕴含有大量微生物，在短时间内通过不脱泥或者少脱泥来实现污泥浓度的提升，会使微生物生长时间过长，可能会引起污泥过度老化，从而导致产生生物泡沫或者污泥膨胀。因此在任何工况调整下，都不能忽略保证剩余污泥的稳定排放。这就需要一个较长时间的工艺调整过程，污水处理厂应该在保证污泥稳定排放的前提下，采用一些较为缓和的措施来控制污泥泥龄。

2.2 提前介入，提升微生物适应性

一般微生物会在生长代谢的过程中逐渐适应周围环境的温度，但这一适应过程通常需要耗费较长的时间。而当秋冬季节来临时环境温度突然降低，微生物通常很难在短期内轻易适应，这就需要通过人为介入，来补充更适应环境的微生物以更换这一部分微生物。因此就需要污水处理厂根据所处位置往年的气温变化规律，提前做好相应的预案，在秋季气温刚开始下降时，就缓慢地进行活性污泥的置换，一步步提高微生物对低温天气的适应性，最好能够在秋末完成置换并开始逐渐提升污泥浓度，直到达到冬季运行工况下的活性污泥浓度，以保证污水处理厂生化处理工艺的稳定运行。

2.3 调整营养组分比例，保证微生物的正常生长

前面已经提到，活性污泥中微生物的活性受环境温度影响极大，低温时微生物的正常生长会受到极大抑制。为了保持低温条件下微生物的生长增殖、新陈代谢，就需要污水处理厂密切关注污水中各营养组分的含量，并根据实际情况适当调整有机组分的比例。例如污水处理厂可以通过补充投加碳源或者调整碳源、氮源等营养组分比例等方式，来为微生物的生长提供充足的养分和合适的营养，以保障微生物的正常生长，从而使活性污泥在秋冬季低温条件下，依然保持足够的活力，维持污水处理厂的有效运行。

3 结语

总之，秋冬季节气温的变化对污水处理厂运行效果的影响，主要是源于对其中微生物生长状态的影响。因此，对于采用微生物处理方法的污水处理厂来说，四季变迁引起的温度变化对活性污泥正常运行带来的周期性影响是其运行时必须面对的一个难题，这就需要各个污水处理厂结合当地实际，从活性污泥法处理污水的运行本质出发，通过采用控制污泥泥龄、提前采取措施提升微生物适应性和调整营养比例等途径，寻找探索出适合自身情况的最佳调整措施，维持活性污泥中微生物的活性，才能保持污水处理厂的正常有效运行，保障出水水质的稳定达标。