低温对城市污水处理厂活性污泥特性影响的研究进展 4页

!墨墨!：!长春工程学院学报(自然科学版)2013年第14卷第3期12／35CN22—1323／NJ．ChangchunInst．Tech．(Nat．Sci．Edi．)，2013，Vo1．14，No．341—43低温对城市污水处理厂活性污泥特性影响的研究进展艾胜书，田曦，任之敏，边德军(1．长春工程学院水利与环境工程学院；2．吉林省城市污水处理重点实验室；3．东北师范大学城市与环境科学学院，长春130012)摘要：针对北方冬季城市污水处理厂低温运行难以保证出水水质达标这一难题，结合当前国内外研究现状综述了低温是如何影响活性污泥沉降性能、有机物去除效率、脱氮除磷效率及微生物种类变化的研究成果，总结了现行低温城市污水活性污泥系统的运行改进措施，指出了提高低温城市污水处理效率的发展方向。关键词：低温；城市污水；活性污泥中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1009—8984(2013)03—0041—03泥的胞外分泌物总量是正常污泥的3倍；吴成强[2]0前言等对曝气、沉淀一体式活性污泥反应器进行研究表目前，城市污水生物处理工艺应用最广泛的是明，低温时其单位污泥体积分数所含有的黏性物质活性污泥法。温度是影响其处理效果的重要因素之要比常温时高1．7倍。可见，低温时胞外分泌物大一。城市污水处理中低温污水指水厂来水温度低于量增多，导致污泥难于沉降和压缩是污泥膨胀的一15℃，实验研究结果表明，低温城市污水处理厂运个重要原因。同时，低温运行的活性污泥Zeta电位行随着污水温度降低，活性污泥的污泥絮体疏松、密总是低于常温活性污泥，说明携带负电荷少，从而有度变小、比阻增大、沉降性能变差，有机物的去除效较好的亲水性，亲水性的增加导致污泥沉降性能和率和脱氮效率降低，同时微生物的新陈代谢和活性脱水性能变差；活性污泥中大颗粒的比例比常温大，也受到了影响，丝状菌比较活跃，污水水面产生大量对常温运行活性污泥，污泥比阻随污泥粒度增加而泡沫，以上变化直接影响污水处理厂出水水质。我变小，但对于低温时，污泥比阻随污泥粒度增加而变国北纬4O。以北冰冻期长达3～6个月，此时污水平大，比阻的增加对活性污泥沉降性能产生不利均温度一般低于1O℃，污水处理厂出水水质很难达影响。标，未达标的污水排入到自然水体中，增加了水体负1．2低温对有机物去除的影响荷；严重时，会造成水体污染。对低温污水处理进行研究，一些学者发现，微生物的活性与温度变化成正比关系，绝大部分微生物1低温对城市污水处理厂活性污泥处理过随着温度的降低，活性变差。当温度低于15℃时，程的影响常温微生物的活性将急剧下降；在1o℃左右，部分1．1低温对污泥沉降性能的影响微生物处于休眠状态；当温度在4℃范围内，大部分低温城市污水处理厂经常发生污泥膨胀现象，微生物进入休眠期或死亡。活性的变化直接影响其给污水处理系统的运行和管理带来了困难。任南琪有机物的摄取能力，从而影响了污水生物的处理效等L1]对低温运行的SBR系统进行研究发现，膨胀污率。另一部分研究人员通过研究发现低温对于有机物去除效率影响不大，区别在于有机物在低温条件收稿日期：2o13—07—19下降解速率减慢，只要延长其停留时间，仍能够保证基金项目：国家自然科学基金(51078067)COD去除率。如Choi等[3]人研究发现，当污水温吉林省科技发展计划项目(2Ol3o522o74JH)作者简介：艾胜书(1980一)，男(汉)，吉林长春，实验师度在5℃的环境下，系统CoD去除率可以达到8O；主要研究污水处理技术。罗固源等]人利用螺旋升流式反应器处理污水，考察*通讯作者：边德军(1967一)，男(满)，辽宁锦州，教授系统温度在8---20℃时的处理效率，发现系统在低温主要研究水处理技术。运行期间，处理效率一直保持在869，5以上。\n42长春工程学院学报(自然科学版)1．3低温对脱氮效果的影响温条件下有很好的脱氮效率，从而为低温污水中氮城市污水处理厂脱氮过程是靠硝化反硝化来实的去除提供了新的思路[g]。现的。温度对硝化反应的影响主要体现在温度抑制1_4低温对除磷效果的影响硝化菌的增长速率。硝化菌是自养菌，其所需的最目前，城市污水处理厂采用生物除磷是指在好小污泥停留时间比异养微生物要大。研究表明常温氧条件下利用聚磷菌过量吸磷来实现的。此时磷以时硝化菌的污泥龄大约是2d左右，低温下一般在多聚磷酸盐的形式贮存在微生物体内，再通过排放15d左右L5]，所以城市污水处理系统内部存在异氧菌含有高含磷量的污泥来达到除磷的目的。聚磷菌是和硝化菌泥龄不协调的问题，巨大的泥龄差导致硝化一种噬冷菌，在污水温度较低时仍可以获得较好的菌会流失，这种流失的现象在低温系统中会更加明显。处理效果。李思强等[1对改良的A／o工艺除磷有资料显示，当水温低于l5℃时，硝化效果明显下降，效率进行研究，发现在低温条件下磷的去除率为当温度低于4℃以下，系统硝化作用几乎停止[6]。8O；Choi等[3人研究显示当温度从15℃下降到如前所述，温度同样对反硝化作用有很大影响，l2℃时，磷的去除率会迅速降低，但当5℃运行的其最适合的生长温度是30℃，随着温度降低，反硝系统中磷去除率又恢复到15℃时的水平。由此可化速率明显变慢，当温度低于5℃时，反硝化速率为知，低温时磷的去除特性比较复杂。Helmer等[1妇0。另一影响反硝化作用的因素是溶解氧，氧还抑制人研究同样证明当生物处理系统运行温度从2O℃硝酸盐还原酶的合成和活性，因为有些反硝化细菌降到10℃时，生物吸磷的能力下降，但温度降到必须在厌氧和有N0存在的条件下，才能诱导合成5℃时却显著提高。同时通过测定此时活性污泥分硝酸盐还原酶，因此要为系统提供良好的缺氧环离的菌种多聚磷酸盐含量见表1，由表中可以看出，境[7]。而溶解氧体积分数与温度成反比，冬季低温兼性厌氧菌中的气单胞菌属某些种(Aeromonas条件，使厌氧系统的溶解氧增加，从而不利于反硝化sp．)最大贮藏量能达到6．5mgP／g，葡萄球菌属某作用的进行L8]。些种(Staphylococcussp．)的最大贮藏量能达到综上，要提高低温城市污水处理厂脱氮的效率，7．5mgP／g，而好氧聚磷菌中的多聚磷酸盐的含量突破硝化菌和反硝化茵适宜的生长温度，保证低温最高是2mgP／g，不动细菌属某些种(Acinetobacter条件下硝化菌和反硝化菌有较高的生物量或培养出sp．)的多聚磷酸盐最高贮藏量只为4．6mgP／g，由新的耐冷硝化菌。Chevalier从北极和南极分离出此可以看出，低温运行的系统中，兼氧厌氧聚磷菌起四株耐冷的丝状蓝细菌(cyanobacteria)，它们在低主要作用。表15℃条件时活性污泥中分离出菌种的多聚磷酸盐含量1．5低温对微生物的影响象极弱。当城市污水处理厂活性污泥系统长期处于研究表明，参与城市污水处理的微生物大多是低温状态运行时，微生物的种类和特性会发生改变，嗜温菌，如活性污泥中假单胞菌(Pseudomonas最终导致大量嗜温微生物死亡。spp．)、芽孢杆菌(Bacillusspp．)、黄杆菌属(Fla—低温影响有机物的摄取能力，使其本身增殖速vobacterium)、球衣细菌(Sphaerotilus)和大肠杆率降低。杨秀芬等Ll3]对低温活性污泥生物进行研菌(E．coli)，它们最适合的生长温度分别为26℃、究发现，温度为l0℃时，微型动物总量极少，大约为35℃、25℃、3O℃、37℃[]。根据微生物学原理，5O个／mL，其中大多数为檐纤虫；在温度为15℃温度对微生物新陈代谢至关重要，温度降低，其新陈时，微型动物数量有显著增加，大约为150～代谢减慢。当温度低于4口C时，微生物生理活动现300个／mL，并且趋于稳定；当温度为20℃时，微型动\n艾胜书，等：低温对城市污水处理厂活性污泥特性影响的研究进展43物总量继续上升，数量可达到450~550个／n1L。加了运行成本；(2)实验室研究方面：培养低温耐冷菌低温可引起城市污水处理系统污泥膨胀。目和嗜冷菌的菌株，但这一过程需要长期工作和大量的前，已探明有几十种丝状菌与污泥膨胀有关，有实验实验，很难及时解决目前已存在的问题。研究显示，污水温度在12～15℃时，有利于活性污综上所述，可以考虑选择具有大众化的城市污泥中微丝菌属的小胸虫(M．parvicella)的生长，当水处理厂，在低温时节对其曝气池中活性污泥特性负荷小于0．1kg／kg．d时，M．parvicella的茵丝特进行系统研究，探讨活性污泥沉降性能、有机物去除别长，此时它的疏水性极强[1。国外对于其研究报效率、脱氮和除磷效率、微生物种类与温度变化的关道相对比较多，并提出采取多种控制方法。M．par—系，进而调整冬季污水处理厂运行参数，从根本上改vicella是一种生长速度极其缓慢的微生物，所以通善出水水质。过控制污泥龄可以去除它，研究证实在污泥龄小于5d时，M．parvicella可被去除[1；采用提高污泥负参考文献荷可以有效控制M．parvicella71起的污泥膨胀，这[1]任南琪，刘娇，王秀蘅．低温时污泥膨胀对MBR中膜污种方法低温最为适用，但此时必须保证溶解氧充足，染的影响口]．环境科学，2009，30(1)：155—159．[2]吴成强，杨金翠，杨敏，等．运行温度对活性污泥特性的否则会导致污泥膨胀更加恶化[1明；另有研究显示通影响[J]．中国给水排水，2003，19：5-7．过投加填料作为载体来吸附、凝聚丝状菌和污染物，[3]ChoiE，RhuD，ZuwhanY，etc．Temperatureeffectson增加比重，进而提高分离速率并改善污泥沉降性能。biologicalnutrientremovalsystemwithweakmunicipal2低温城市污水活性污泥系统的运行改进wastewater[J]．Wat．Sci．Tech．，1998，37(9)：219—226．[4]罗固源，季铁军，豆俊峰．SUFR系统在低温影响下处理措施效果的试验分析[J]．环境科学学报，2005，25(4)：512(1)从工艺运行考虑。有的低温城市污水处理—518．厂将一些构筑物建于室内采取保温和升温等措施来[5]张雷．低温生活污水脱氮除磷技术研究[D]．哈尔滨：哈保证污水处理出水达标；有的污水处理厂采用以冬尔滨工业大学，2007．贮夏的方式以缓解低温时的不利影响[1。[6]林学政，边际，何培青．极地微生物低温适应性的分子机(2)从系统微生物角度考虑。可以培养适合低制[J]．极地研究，2003，15(1)：75—82．温生长的耐冷菌和嗜冷菌的菌株[1引，它们都可以在[7]PLSZBG，JobbgyA，GradyCPL．Factorsinfluencingdeteriorationofdenitrificationbyoxygenenteringanan—15℃以下生长，因为它们在低温时细胞具备转运外oxicreactorthroughthesurfacel[J]．WaterResearch，源营养物质进入细胞的能力。嗜冷菌在零下温度也2003，37：853—863．可以繁殖生长，目前已发现的嗜冷微生物包括真细[8]牛川，任洪强，丁丽丽，等．低温对MBBR、SBR深度处理废菌、蓝细菌、酵母菌、真菌和藻类，只有它们能在2℃水出水水质的影响D]．化工环保，2002，31(1)：l8—21．时利用葡萄糖。[9]刘长青，毕学军，张峰．低温对生物脱氮除磷系统影响的(3)投加矿石材料。矿石材料中的沸石粉在低试验研究[J]．水处理技术，2006，132(8)：45—49．温时对水中的铵离子具有选择吸附的作用，可以保[1O]李思强，张雷，姜安玺．改良倒置A2／o工艺处理低温证污水处理系统出水氨氮达标，常温时沸石粉对过生活污水技术[J]．化工进展，2002，28(ii)：2068量氨氮选择吸附的优势不易发挥，但在低温时效果—2071．却非常明显[1。。。[11]HelmerC，KunstS．LowtemperatureeffectSonphos—phorusreleaseanduptakebymicroorganismsinebpr3结语plants口]．War．Sci．Tech，1998，37(4—5)：531—539．[12]任南琪，马放，杨基先．污染控制微生物学[M]．哈尔低温城市污水处理厂活性污泥处理系统污泥沉滨：哈尔滨工业大学出版社，2002．降性能和脱水性能明显变差，有机物的去除、硝化反[13]杨秀芬，管越强，霍培书，等．低温对活性污泥生物群落硝化过程受到了不同程度的影响，系统对除磷的影响优势种的影响[J]．河北渔业，2008(5)：2O一22．稍小；低温可使活性污泥微生物种类发生变化，代谢速[14]SKnoop，SKunst．InfluenceofTemperatureandSludge率变慢，活性变差，有时可促使丝状菌大量繁殖。为提LoadingonActivatedSludgeSettling[J]．Especiallyon高低温城市污水处理厂处理效率，现行的改进措施有2MicrothrixParvicella．Wat．Sci，Tech．，1998，37(4—5)：个方面：(1)污水厂运行管理方面：可以将构筑物建于27—35．室内、采用以冬贮夏的方式、投加矿石材料，这无疑增(下转第74页)\n74长春工程学院学报(自然科学版)2013，I4(3)动面位置。使用Geo—studio系列软件对工程建设业出版社，2011：1—5．中存在的大量疑似不稳定边坡进行超前预测，对其[2]王运生，李文岗，黄润太，等．大渡河谷底卸荷松弛现象做出定性、定量分析，能够为工程建设节省大量的人及其形成机制[J]．成都理工大学学报：自然科学版，力物力。2007，34(4)：379—382．[3]张倬元，王士天，王兰生，等．工程地质分析原理[M]．北京：地质出版社，2009．参考文献[1]GEO-SLOPEInternationalLtd．边坡稳定性分析软件[4]《工程地质手册》编写委员会．工程地质手册[M]．北京：sL0PE／w用户指南EM]．中仿科技，译．北京：冶金工中国建筑工业出版社，2007：271，283—286．StabilityAnalysisofaHiSlopeinReservoirAreainWestofChinaYANGFan(ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)Abstract：TakingadangerousslopeinreservoirareainwestofChinaastheexample，usingtheGeo—studiosoftwaretosimulatereservoirs，seismicimpactonthedangerousslope，thispaperanalyzesthestabilityandstressontheslopebyfiniteelementmethod．Itgetstheresultsthattheslopeisindangerousafterordinarywaterstorage．Byusingthesoftwaretosimulatereinforcementmeasuresonslopeends，theauthoranalyzesandcalculatestheslopeagain，andgetstheconclusionthatthisslopecanmeetthestabilitydesignrequire—mentsafterreinforcement．Keywords：landslide；stability；slope；thefiniteelement’，'，’，’，'，’，，，'，，m''’，’''’’，’，''’，，l'''，'’''’'，，'’'’m’'，，，'，'’，，，l'''，’’l，''''’，'，''''’’，，'''(上接第43页)1,17]王福珍．论我国寒冷地区水污染控制的技术政策[J]．1,1s]DJenkins．Manualonthe~tlusesandcontrolofactivated哈尔滨建筑工程学院学报，1994，27(2)：56—60．sludgebulkingandfo~-,ingl-lVQ．NewYDrk：LewisPublish—[18]张敏，李宝．降解非离子表面活性剂——嗜冷菌的筛选ers，1993．及其降解性能[J]．自然杂志，2003，25(4)：228—232．1'16]周利，彭永臻．膨胀污泥沉降性能的恢复试验研究[J]．1,19]麦穗海，吴志超，陈绍伟．沸石强化生物脱氮工艺研究[J]．中国给水排水，2004，20(2)：1—41．上海环境科学，2002，21(10)：640-646．TheResearchProgressonPerformanceofActivatedSludgeinUrbanSewagebyLowTemperatureAISheng-shu，etc．(SchoolofWaterConservancy&EnvironmentEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)Abstract：Aimingatapuzzledproblemofhardoperationtopollutedwatertreatmentinurbansewageplantbv1owtemperatureaffectedbythenorthernwinterwhether，andcombiningwiththedomesticandoverseasstudies，thispaperreviewssomepropertiesrelatedactivatedsludgeunderthesituationof1owtemperature，suchasDtopertiesofsettlement，theremovalefficiencyoforganicmatter，thenitrogenandphosphoruseffi—ciency．andthechangesofmicrobialspecies．Itsumsupsomeimprovementmeasureso±lowtemperaturesewageactivatedsludgesystemrunning，andpointsoutthetemperaturedevelopmentdirectiononhowtoimprovetheefficiencyofurbansewagetreatment．Keywords：lowtemperature；urbansewage；activatedsludge