（山西京玉发电有限责任公司 山西右玉 037200）
摘要：本文对山西朔州市右玉县污水处理厂A20工艺的介绍与低温环境指标超标问题的处理建议，为其他类似污水厂在设计方面提供借鉴。
关键词：A2/O 低温 超标 措施
一、设计情况
1.1概况：
目前，城镇生活污水集中处理，在全国范围内县级城市，已广泛建设。在北方地区县域内，普遍存在污水温度低；尤其是在冬季，较低的生活污水严重影响生化处理系统的效能，导致出水水质超标。
1.2山西省朔州市右玉县污水厂概况
山西京玉发电有限责任公司右玉污水处理厂，地处晋西北，冬季严寒漫长，最低温度环境可降至-35℃，为山西最冷区域。县城污水收集管网存在雨污合流，部分污水管道裸置于河床内，热量损失较多，冬季污水温度介于5-10℃之间，属于典型的低温生活污水。如此低温的生活污水，必然导致处理系统生化功能的降低，出水指标出现超标。
二、A2/O工艺介绍
1980年，Rabinowitz和Marais提出了A2/O工艺即厌氧—缺氧—好氧工艺，如图1.1所示。该工艺具备同步生物脱氮、除磷功能，流程相对比较简单，较易于运行管理；脱氮时不需要投加外加碳源，运行费用较低。但是该系统脱氮能力取决于混合液回流比，由于受回流比的限制处理效果难以进一步提高。许多研究表明，除磷效果受回流污泥中携带的DO和硝态氮的影响，常常出现脱氮效果好时除磷效果较差，除磷效果好时脱氮效果较差，很难同时取得好的除磷和脱氮效果。
图1.1 A2/O工艺
2.1、A2/O生物脱氮除磷机理
2.1.1、生物脱氮原理
污水处理中氮的去除主要包括氨化、硝化和反硝化三个过程。
水体中的氮主要以有机氮和氨氮形式存在。废水生物脱氮原理是在传统二级生物处理后，通过异养菌的生化反应将有机物氮转化为氨氮（氨化），然后利用硝化细菌在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐（硝化），再通过反硝化菌在缺氧条件下将上述两种盐转化为氮气（反硝化），达到从废水中脱氮的目的。同时，废水中部分氮的去除还包括靠微生物细胞的同化作用将氮转化为细胞原生质成分，最终以剩余污泥的形式排放。同化作用去除氮的量受微生物净生长量所制约。净生长量依赖于废水中有机物含量和处理系统的运行条件，由于微生物细胞中氮含量约占12.5%（干重），即使考虑吸附等因素，通过剩余污泥排放实现的脱氮量约占进水总氮的30%左右，因此单纯通过同化作用难以达到显著的脱氮效果，把各种氮转化为氮气是生物脱氮的主要途径。生物脱氮过程是一个矛盾的体系，硝化作用需要泥龄较长的好氧自养型硝化细菌，反硝化作用需要泥龄短的兼氧异养型反硝化细菌这两种细菌在泥龄和有机物的需要上是互相矛盾的。这种矛盾促使了生物脱氮反应器的不同组合，硝化作用和反硝化作用在同一个空间上单污泥工艺完成和不同空间上双污泥完成的工艺。
2.1.2、生物除磷原理
污水中的磷主要是不同形式的磷酸盐，来源于洗涤剂、清洁剂、化肥农药等。根据化学性质分为磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷。污水中的磷大约90%以磷酸盐的形式存在。由于磷在常温下不存在稳定的气态，所以，磷的去除只能以排放污泥或随水流走。
生物除磷利用一类能够在数量上超过其生理需要、从外部环境摄取磷并以聚合的形态贮藏在体内的微生物，形成高磷污泥并排出系统，从而达到从废水中除磷的效果。生物除磷过程具体如下：
在厌氧条件下，污水中有机物经发酵产酸转化为低分子脂肪酸(VFAs)，聚磷菌分解胞内多聚磷酸盐（poly-P）和糖原产生ATP，同时吸收VFAs，并以聚-β-羟基烷酸（PHAs）形式贮存细胞内。聚磷的分解引起胞内磷酸盐积累，除了生物体合成用一部分，大部分被相应的载体蛋白通过主动运输的方式排到胞外，使污泥混合液中磷酸盐的浓度升高。在好氧/缺氧条件下，聚磷菌利用溶解氧/硝态氮作为电子受体，以PHAs作为电子供体，通过氧化分解作用产生能量完成繁殖代谢作用，同时聚磷菌超量吸收污泥混合液中的磷酸盐合成聚磷和糖原等有机颗粒，贮存在细胞内。
最后形成高磷污泥，通过剩余污泥排放，磷从系统中被去除，少部分磷酸盐从液相被去除。在生物除磷系统中，聚磷菌主要有不动杆菌属、气单胞菌属和假单胞菌属。气单胞菌主要功能是发酵产酸，为其他聚磷菌提高可利用的基质；不动杆菌和假单胞菌属主要功能是积磷。
在生物除磷工艺中，活性污泥中的磷主要以三种形式存在：有机磷、聚磷酸盐和可溶性磷酸盐。有机磷是微生物生长和新陈代谢所必需的，占细胞干重的1%~2%。一个聚磷菌最多含有50%的聚磷酸盐，占总悬浮固体的10%~15%。
三、低温生物处理研究现状
水温对生物水处理有着很大的影响，温度适宜，能促进、强化微生物的生理活动；温度不适宜，会减弱甚至破坏微生物的生理活动，甚至可使微生物死亡。参与活性污泥处理的微生物多属嗜温菌，适宜温度一般介于15℃-30℃，去除有机物的微生物最适宜的水温为15-25℃，硝化菌最适宜的水温为30℃，而反硝化菌最适宜的水温为34-37℃，水温低于5℃时，硝化、反硝化即停止。对于本工程而言，夏季水温在15-20℃之间，冬季水温在-4℃-10℃之间。如能设法提高水温，则处理效果一定会得到进一步的提高。
3.1、低温对微生物的影响
低温水指温度低于15℃的水。城市污水处理厂一般建在户外，广泛采用生物处理方法，而生物处理核心是微生物，季节性温度变化对此是很大的冲击，特别是我国北方地区。水温的下降主要影响活性污泥的吸附性能、沉降性能、微生物增殖和种类等。有机物去除主要通过活性污泥的吸附和氧化分解两个过程完成。水温降低，微生物酶的活性降低、生化反应速度下降，微生物氧化分解代谢能力下降，从而被吸附在污泥表面的有机物，被水解和摄入体内的速度减慢，降低了多糖类粘液层包裹的微生物的活性。同时低温时，细菌分泌高粘性物质，结合水含量很高，导致污泥颗粒细碎，比重减轻，不易形成大颗粒絮状体，混合液粘滞性系数增加，泥粒下沉阻力加大，导致低温污泥的SVI值较高。
根据微生物增殖的温度范围，可分为低温、中温和高温微生物。其中低温菌包括两类：最高生长温度高于20℃，在0~5℃可生长繁殖的微生物称为耐冷菌；最高生长温度不超过20℃，在0℃可生长繁殖的微生物称为嗜冷菌。研究表明，在同一处理系统中的活性污泥，常温条件下有8~9种优势菌，在低温条件下，有5种优势菌。一般认为，水温在20℃左右时，中温菌具有较高的活性，所以常温下系统处理效果很好，当温度下降到15℃以下时，中温菌体内起催化作用的生物酶活性急剧下降，部分中温菌丧失了降解有机物的能力，同时低温菌由于时代时间较长，在数量上不能达到一定数量，导致生物处理效果差。
3.2、低温对脱氮除磷的影响
（1）低温对生物脱氮的影响
大部分微生物属于中温菌，随着温度的降低活性减弱，当温度在10℃以内，大部分微生物出现休眠状态，从而影响了污水处理的效果。而温度的降低对脱氮硝化细菌是自养菌，其比增长速率比异养菌小一个数量级，意味着硝化菌的最小污泥龄比异养菌大一个数量级。在低温条件下，其比生长速率更低，因此硝化菌在活性污泥系统中可能会流失，特别在低温条件下变得更加严重。数据显示，温度低于15℃，硝化能力明显下降，而温度低于4℃，系统几乎没有硝化能力。因此，要提高低温环境中生物脱氮的效果，关键如何保证硝化细菌不流失，突破温度的限制，在系统中有较大的生物量或存在耐冷硝化菌。低温条件下，反硝化作用差，主要是因为反硝化细菌生长速率低。低温条件下，反硝化受到温度抑制，生长速率降低，细菌代谢速率下降。其次是反硝化菌为兼性菌，DO浓度超过0.5mg/L会影响反应的正常运行。抑制机理：DO抑制硝酸盐还原酶的合成或充当电子受体，从而竞争性阻碍了硝酸盐的还原。而DO浓度与温度成反比，温度降低使缺氧系统DO增加，不利于反硝化进行。
（2） 低温对生物除磷的影响
理论上，温度对生物除磷影响主要通过影响有机物的水解影响VFAs的含量而间接产生作用。这也是聚磷菌虽是低温耐冷菌，但聚磷菌的生长速率会减慢，释磷和吸磷速率也会降低。另外，低温影响反硝化速率，过高的硝态氮会加剧脱氮除磷矛盾。
四、应采取的措施：
1、减量增效，降低污泥负荷，提高冬季污水处理效果
2. 合理调整生化系统运行参数
3、增加污泥浓缩池，改变回流污泥断流的现状，保证系统的连续性。
4、投加低温下优势菌种.
参考文献
[1] 庞长泷,陈翰,李昂,马放. 低温好氧反硝化菌群强化生活污水脱氮效能[J]. 哈尔滨工业大学学报. 2014(12) .
[2] 陈杰云. 倒置A~2/O工艺处理低碳源污水强化脱氮调控技术研究[D]. 重庆大学 2009.
论文作者:李建军,刘永刚,田正彬,姜彩生,赵咏楠
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：污泥论文; 低温论文; 微生物论文; 磷酸盐论文; 生物论文; 温度论文; 污水论文; 《电力设备》2016年第15期论文;