溫度對接觸氧化法處理生活污水效能的影響

梁程鈞，蘇 柳，林宏飛，陸立海，宋海農

(廣西博世科環保科技股份有限公司，廣西 南寧 530000)

1 引言

隨著農村的經濟建設發展和生活水平的提高，農村生活污水逐漸增多，這些污水隨意排放會造成河道、水塘、水田污染，不僅會影響種植業、養殖業等農業生產，還大大影響農村人民身體健康和生活環境狀況。目前，一體化污水處理設備是針對分散型農村生活污水的一種較適宜的設備，其中A2/O生物接觸氧化法以其較好脫氮除碳的效果和運行過程較穩定等優點，被越來越多的用于處理農村生活污水。

溫度是影響微生物活性的重要因素。當溫度過低時，微生物的各類生化反應、酶促反應等均會出現下降，導致微生物活性降低，污水的生物處理效能會受到較大影響[1]。在一定范圍內，溫度升高有利于提高微生物活性，對生活污水的處理效果較好。但是當溫度過高時，不僅會影響微生物的生長代謝，嚴重時還會造成微生物的大量死亡[2]。目前，有關溫度對中大型水量的生物處理系統(如活性污泥法、膜生物反應器等)效能的影響已有較多研究，但是針對使用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設備的相關研究仍然缺乏，尤其是從低溫至高溫均進行研究的相關報道更是少見。

本試驗采用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設備處理生活污水，通過對設備升溫、降溫等控溫處理，探索了該工藝設備在不同溫度下運行的變化，并分析了不同溫度下的出水情況和污染物去除效果，可對一體化農村污水處理設備的設計制造和運行維護提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

本試驗裝置為一體化污水處理設備(圖1)，內部使用隔板分隔為調節池、缺氧池、厭氧池、好氧池1、好氧池2和沉淀池，通過氣提回流的方式將沉淀池水回流至調節池，其中缺氧池和厭氧池中放置有聚丙烯(PP)球型填料(填充量約60%)，好氧池1、好氧池2中放置有聚丙烯懸浮填料(填充量約30%)且底部設有曝氣孔進行曝氣供氧。設備日進水量5 m3，HRT為40.8 h，回流量200%。

圖1 一體化污水處理設備示意

2.2 試驗用水

試驗用水取自南寧市某生活污水管網，由于試驗過程跨越不同季節，因此來水水質稍有波動，其水質主要指標為：COD 102～257 mg/L，NH3-N 37.0～54.81 mg/L，TN 39.09～64.91 mg/L，TP 2.5～6.5 mg/L，pH值6.9～7.6。

2.3 試驗流程

試驗設備在開始試驗前，按照5 m3/d進水量、200%回流量運行超過30天以上，并且運行初期在各分區投加一定量某污水處理廠的活性污泥，確保內部填料完成掛膜后開始試驗。本試驗共設置7個溫度梯度，分別為：6～9 ℃、9～12 ℃、15～18 ℃、20～25 ℃、25～28 ℃、31～34 ℃、34～37 ℃，每個溫度梯度運行7～15 d不等。每個溫度梯度給予設備數天的穩定運行后，取連續4 d的數據進行水質指標分析。特別地，在上述溫度梯度試驗結束后進行極高溫試驗：升溫至39 ℃并維持1 d后降溫至31～34 ℃，極高溫試驗期間連續對水質指標進行測量分析。

2.4 主要分析指標與測量方法

3 結果與討論

3.1 對有機物去除的影響

由圖2可知，使用接觸氧化法的一體化污水處理設備對COD的去除效果較佳且受溫度影響小。當進水COD含量在102～257 mg/L范圍內時，出水COD含量保持在50 mg/L以下，COD去除率變化范圍在77.85%～94.37%，出水可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B標準。該結果表明，當溫度在6～34 ℃內變化，或是經過極高溫(39 ℃)的沖擊影響后，本設備系統對COD的去除基本不受影響。

圖2 不同溫度下進出水COD濃度及其去除率的變化

溫度主要通過影響微生物的酶活性，從而影響其生長和代謝速率[4]。研究表明耐冷型微生物的最適溫度約15 ℃，在0～5 ℃可生長繁殖[5]，而本設備前期掛膜啟動、穩定運行期間一直處于環境溫度較低的季節(8～18 ℃)，內部優勢微生物種群可能已適應低溫條件，主要由耐冷型微生物構成。系統在低溫時仍能保持較高的COD去除率，與楊思敏等同是采用接觸氧化法的研究結果相似[6]。但是其他一些使用活性污泥法處理生活污水的研究則表明，低溫會明顯的降低COD去除率[7, 8]，這可能是因為溫度更易影響活性污泥的污泥性狀和生物群落結構[9]，而接觸氧化法懸浮污泥濃度低，但是填料上的生物膜具有更復雜和穩固的微生物群落結構，抗沖擊能力更強[10]。在30 ℃以上時，雖然硝化菌、反硝化菌等功能菌的生物活性可能會受到影響，但是可進行有機物去除的微生物種類繁多，其中存在的中溫菌的最適宜生長溫度范圍為10～35 ℃[11]，本試驗最高水溫尚不足以讓此類微生物活性受到較大影響。另外，試驗過程的溫度是逐漸升高的過程，系統內的微生物有時間對溫度的變化進行適應，因此本系統在30 ℃以上甚至39 ℃時的COD去除率基本不受影響。

3.2 對氨氮去除的影響

如圖2，系統的氨氮去除效果受溫度影響明顯。在12 ℃以下時，出水氨氮較高，基本在15 mg/L以上，去除率低于75%，出水較難達到1級B排放標準(15 mg/L，≤12 ℃)。隨著溫度升高，在15～18 ℃范圍內時出水氨氮呈下降趨勢，去除率也逐漸升高，在該溫度范圍的試驗后期，出水氨氮已經下降到8mg/L以下。溫度在20～34 ℃內逐漸升高時，出水氨氮在0.34～4.78 mg/L，去除率88.73%～99.24%，出水可穩定達到1級B排放標準(8 mg/L，>12 ℃)。當溫度在34～37 ℃時，出水氨氮有所升高，有數天的出水氨氮在8 mg/L以上，去除率也出現明顯下降。經過1 d 39 ℃的“極高溫”處理后，出水氨氮迅速升高至20 mg/L以上，氨氮去除率下降至60%以下，在6 d后出水氨氮才出現下降，并在9 d后出水氨氮重新下降到8 mg/L以下。

圖3 不同溫度下進出水氨氮濃度及其去除率的變化

研究表明，硝化菌是的適宜溫度范圍是20～35 ℃。若溫度高于35 ℃，對硝化菌的酶系具有破壞作用；若溫度低于10 ℃，硝化菌的生長及硝化作用會顯著減慢[12]。因為硝化菌生長速率和代謝效率受溫度影響較明顯，導致了溫度較低或較高時，硝化效果會受到影響。當溫度低于15 ℃時，硝化反應會受到顯著抑制；在15～20 ℃內，低溫的抑制現象會逐漸減弱[13]。因此，在6～9 ℃和9～12 ℃范圍內，系統氨氮去除率較低，出水氨氮很高。溫度在15～20 ℃內，硝化反應的抑制作用變小，因此在該溫度下系統氨氮去除率逐漸升高，出水氨氮降低。系統溫度在20～34 ℃時，因為處于硝化菌的適宜溫度范圍，因此系統保持較高的氨氮去除率。當溫度升至34～37 ℃時，已經超過硝化菌的最適溫度范圍，氨氮去除率出現下降，但是呈現一個波動的現象，這可能是因為該溫度僅略高于硝化菌適宜溫度范圍，僅有部分硝化菌的硝化作用受到影響。

特別的，39 ℃對于硝化菌屬于“極高溫”，會大大影響其生物活性，其酶系受到破壞，導致氨氮去除率快速下降，出水氨氮快速升高。硝化菌多數為自養菌，世代周期較長[14]。本系統需要10 d便可將氨氮去除率從60%以下恢復至90%以上，可能是因為接觸氧化法中所采用的生物填料有利于世代周期長、生長速率慢的微生物生長[15]。

3.3 對總氮去除的影響

如圖4，總氮的去除率效果受溫度影響同樣明顯，總體上隨著溫度的升高而逐漸上升。溫度在12 ℃以下時，總氮去除率不足50%，出水總氮高于20mg/L。在9～18 ℃內，設備的總氮去除率逐漸上升至60%左右。在接下來的溫度范圍內，總氮去除率和出水總氮濃度分別在65%和20mg/L附近波動，隨后波動逐漸減小，在25 ℃以上時，出水總氮基本維持在20mg/L以下，達到1級B排放標準。經過39 ℃“極高溫”后，總氮去除率下降至50%以下，出水總氮明顯升高，在11 d后才恢復至1級B排放標準以下。

圖4 不同溫度下進出水總氮濃度及其去除率的變化

4 結論

(1) 使用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設備處理生活污水，在日進水量5 m3，HRT為40.8 h，回流量200%的條件下，溫度在6～37 ℃變化時， COD去除率變化范圍在77.85%～94.37%，出水COD含量保持在50 mg/L以下，出水可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B標準，溫度變化對COD去除的影響較小。

(2) 溫度變化對氨氮的去除影響較大。在12 ℃以下時，氨氮去除率較低，出水氨氮在15 mg/L以上；在15～34 ℃內時，除了在該范圍兩端的溫度時(15～18 ℃、31～34 ℃)氨氮去除效果略有波動外，氨氮去除率基本在80%以上，出水氨氮都可較穩定達到8 mg/L以下，滿足1級B排放標準。但是在34～37 ℃溫度時出水氨氮達到8 mg/L以上。

(3) 溫度變化對總氮的去除影響同樣較大。溫度在12 ℃以下時，總氮去除率不足50%，出水總氮高于20 mg/L。15～18 ℃內的總氮去除效果逐漸變好，在20～37 ℃時，總氮去除率在輕微波動后基本高于55%，出水總氮基本維持在20 mg/L以下，達到1級B排放標準。

(4) 39 ℃的溫度維持1 d后，對COD的去除沒有太大影響；而該溫度對氨氮和總氮的去除效果影響極大，氨氮和總氮去除率快速下降，出水氨氮和總氮升高，無法達到1級B標準。分別經過9 d、11 d后，出水氨氮、總氮重新達到1級B排放標準。