季節對城市污水處理影響的研究

廉 剛 宋麗婷

（河南中煙鄭州卷煙廠，河南 鄭州 450000）

季節對城市污水處理影響的研究

廉 剛 宋麗婷

（河南中煙鄭州卷煙廠，河南 鄭州 450000）

針對某城市污水處理廠曝氣沉砂池出水，采用改進A2/O工藝，進行了為期7個月的試驗，總結出夏、秋、冬3個季節污染物處理效果的變化情況。

季節性變化；A2/O工藝；城市污水；脫氮；除磷

在城市污水處理過程中，季節變化不但影響進水的水質，而且影響微生物的活性，特別是在氣溫隨著季節變化較大的地區，溫度可能制約城市污水的處理效果，水質溫度的變化規律直接關系到污水處理的參數調整、工程投資及環境效益等。進水水質的變化破壞了穩定的生化系統；且微生物對環境溫度非常敏感，對環境溫度的適應能力有一定的范圍，溫度影響脫氮除磷菌群的種類和數量，從而制約污水處理廠的脫氮除磷效果。在我國北方地區，傳統的活性污泥法成為城市污水處理的主要手段，但其對季節變化的抗沖擊能力較差，尤其冬季脫氮除磷效果不穩定。

用氧化溝代替傳統A2/O工藝中的好氧池，氧化溝具有流態好、水力停留時間長等優點，進而提高了對季節變化的抗沖擊負荷能力。當水質和溫度隨季節變化變化時，可保證系統較穩定運行。

試驗采用A2/O強化脫氮除磷工藝裝置，用氧化溝代替傳統A2/O工藝中的好氧池，合理選擇運行處理參數，研究季節性變化對污水脫氮除磷去除效果的影響，以尋求污水生物脫氮除磷的最佳環境條件，可為四季溫度變化類似地區的污水處理工藝選擇提供科學依據。

一、材料與方法

1.試驗用水和接種污泥

試驗所用接種污泥取自某城市污水處理廠二沉池剩余污泥，直接將污泥接種到反應器中，其MLSS約為18 400mg/L，MLSS/MLVSS=3。先對接種污泥進行悶曝1d，曝氣量為正常曝氣量的1/2，然后開始循序進水。

試驗所用污水取自該城市污水處理廠曝氣沉砂池出水。該工藝的設計進水量為1t/d，曝氣沉砂池出水經高位水箱提升后進入反應裝置。

2.監測指標及方法

表1 監測指標及方法

3.試驗流程

試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

各反應器設計參數見表2。

表2 各反應器設計參數

進水依次經過厭氧池、缺氧池、氧化溝、沉淀池后出水。進水在厭氧池內進行水力攪拌，即通過蠕動泵將厭氧池上部溶液抽到厭氧池底部達到混合的目的；缺氧區內由氣攪拌和機械攪拌兩種方式共同作用；氧化溝內交錯鋪設兩根穿孔曝氣管，曝氣管長約60cm，曝氣量為0.5～2.0m3/h。設備使用如表3所示。

表3 試驗主要設備

控制硝化液回流比為200%，污泥回流比為100%，SRT在20d左右。保證厭氧反應器中溶解氧在0.2mg/L以下，缺氧反應器中溶解氧在0.2～0.5mg/L之間，氧化溝內溶解氧濃度在3mg/L以下。考察夏、秋、冬三個季節對污染物去除的影響，夏季時，溫度大于20℃；秋季時，溫度在15～20℃之間；冬季時，溫度小于15℃。

二、結果分析與討論

1.季節性變化對COD去除效果的影響

夏、秋、冬三個季節COD的去除效果如圖2所示。

圖2 季節變化對COD的去除效果影響圖

夏、秋、冬三季節進水平均COD濃度分別為563.6mg/L、640.90mg/L、681.60mg/L，呈現上升的趨勢；出水平均COD濃度分別為41.16mg/L、43.07mg/L、49.78mg/L，也出現升高的趨勢，但仍優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準；平均去除率分別為91.47%、93.77%、91.10%，秋季平均去除率最高，可能由于秋季溫度范圍為15～20℃，此溫度范圍內的菌體占優勢。

夏、秋、冬三季溫度逐漸降低，但出水平均COD均小于50mg/L，平均去除率在90%以上，季節變化對COD去除效果的影響不大，分析原因為夏季進水有機物濃度較低，對有機物的降解能力沒有充分發揮出來，這說明無論是冬季還是夏季，污水處理的效果都較好，即溫度對其影響不是很大。

2.季節性變化對TP去除效果的影響

夏、秋、冬三個季節TP的去除效果如圖3所示。

圖3 季節變化對TP的去除效果影響圖

夏、秋、冬三季節進水平均TP濃度分別為8.1mg/ L、8.97mg/L、5.06mg/L，呈現先上升后下降的趨勢，冬季較夏季進水平均TP濃度降低38%；出水平均TP濃度分別為0.42mg/L、0.53mg/L、0.74mg/L，顯著升高，冬季較夏季出水平均出水TP濃度升高76%，只有夏季出水平均TP濃度優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準；平均去除率分別為94.25%、93.30%、82.90%，逐漸下降，冬季下降幅度較大。

隨季節變化，冬季進水平均TP濃度降低，卻出現出水平均出水TP濃度升高，平均去除率下降的趨勢，即TP去除受冬季影響較大。分析其原因可能是聚磷菌的活性在溫度較低受到抑制，而且反硝化菌進行反硝化脫氮反應對聚磷菌吸收和利用易降解有機物的過程形成競爭，并且在對碳源的競爭中占優勢。

3.季節性變化對NH3-N去除效果的影響

研究表明：生物硝化反應在4～45℃的溫度范圍內進行，溫度不僅影響硝化菌的比增長速率，而且影響硝酸菌的活性，硝化過程對溫度的變化最為敏感。溫度對硝化的影響顯著，在10～30℃范圍內，隨溫度升高，微生物的增長速率升高；在30～35℃，生長速率恒定；35～40℃范圍內，生長速率開始遞減。硝化細菌，最適宜生長的溫度為25～30℃。當溫度低于15℃時，硝化速率明顯下降，活性也大幅降低，有研究表明，30℃時的硝化速率是17℃時的兩倍。硝化菌對溫度的突然變化非常敏感，溫度快速升高或降低，增長速率的增加或降低低于預期。目前研究情況來看，高溫條件（50～60℃）不發生硝化。

夏、秋、冬三個季節NH3-N的去除效果如圖4所示。

圖4 季節變化對NH3-N的去除效果影響圖

夏、秋、冬三季節進水平均NH3-N濃度分別為21.7mg/L、27.97mg/L、27.22mg/L，與夏季相比，秋冬兩季明顯升高，冬季較夏季進水平均NH3-N濃度升高25%；出水平均NH3-N濃度分別為2.9mg/L、4.57mg/L和15.95mg/L，顯著升高，冬季較夏季出水平均出水NH3-N濃度升高4.5倍，夏、秋季出水平均NH3-N濃度優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準；平均去除率分別為84.30%、85.50%、37.20%，冬季下降幅度較大，去除效果較差。

夏季溫度高于20℃時，硝化細菌活性較高，溫度變化對硝化細菌的影響不是很大，出水NH3-N穩定，基本能達到一級A排放標準；秋季溫度為15～20℃，隨著溫度的降低，出水NH3-N也有升高的趨勢，到冬季，當溫度降到低于15℃時，NH3-N的去除率下降到40%以下，出水NH3-N嚴重超標，分析其原因，這是由于當溫度低于15℃時，硝化速率明顯下降，活性也大幅降低。綜上，可以看出，溫度對硝化反應有著巨大的影響。溫度是影響NH3-N去除的主要因素，溫度低不利于NH3-N的去除。主要原因在于硝化細菌的生長速率及代謝能力受溫度的影響較大，硝化細菌的生長速度及代謝能力隨溫度的降低而快速減小，這是溫度影響硝化過程的根本原因。

4.季節性變化對TN去除效果的影響

夏、秋、冬三個季節TN的去除效果如圖5所示。

圖5 季節變化對TN的去除效果影響圖

夏、秋、冬三季節進水平均TN濃度分別為34.4mg/L、38.60mg/L、40.0mg/L，逐漸升高；出水平均TN濃度分別為9.59mg/L、12.90mg/L、18.48mg/L，冬季顯著升高，冬季較夏季出水平均出水TN濃度升高92%，夏、秋季出水平均TN濃度優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準；平均去除率分別為72%、66.07%、53.63%，冬季下降幅度較大，去除效果較差，與出水NH3-N去除規律相吻合。

夏秋季，出水TN穩定，秋季出水平均TN濃度優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，隨著水質濃度的升高以及溫度的降低，出水平均TN濃度出現升高的趨勢；冬季，當溫度降到低于15℃時，TN的去除率下降，出水TN超標，分析其原因，這是由于當溫度低于15℃時，硝化速率明顯下降，活性也大幅降低。而且低溫對反硝化過程也具有影響，缺氧段的反硝化反應可在5～27℃進行，隨著溫度的升高，反硝化速率加快，最適宜的溫度為15～25℃。

J.S.Ha等人進行了BNR工藝研究，結果表明反硝化速率比包括硝化速率在內的其他動力學參數受溫度的影響更大，溫度越低反硝化速率越低。綜上，當溫度降低到15℃以下時，溫度影響硝化和反硝化細菌的活性，系統脫氮效果開始隨溫度降低而降低。

三、結論

針對鄭州某城市污水處理廠曝氣沉砂池出水，采用A2/O工藝，進行了為期7個月的試驗，考察了夏、秋、冬3個季節的污染物處理效果的變化情況。試驗結論如下。

第一，季節性變化對COD的去除效果不大影響。

第二，季節性變化對系統TP的去除效果具有影響。

第三，夏季和秋季出水NH3-N和TN均能達到一級A排放標準，冬季溫度降到低于15℃時，硝化和反硝化細菌的活性受到影響，系統脫氮效果開始隨溫度降低而降低。

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