我國(guó)北方冬季氣溫普遍較低，冬季城市污程度均溫度在10℃左右，特別是我國(guó)局部新建城區(qū)，有機(jī)物含量低且水質(zhì)水質(zhì)變化大，對(duì)后續(xù)處置系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。采用活性污泥法對(duì)低溫污水實(shí)行處置，其微生物吸附才能、沉降性能、生長(zhǎng)速率和代謝才能均會(huì)受較大影響，污水處置效能顯著降低。同時(shí)低溫環(huán)境對(duì)設(shè)備有損傷，會(huì)形成北方地域污水處置廠增加取暖本錢，增加外加碳源(C源)和化學(xué)除磷藥劑的用量，進(jìn)而增加了污水處置廠運(yùn)轉(zhuǎn)本錢。

　　低溫城市污水強(qiáng)化生物處置可依據(jù)硝化細(xì)菌生長(zhǎng)特性調(diào)控運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，增加DO濃度和延長(zhǎng)污泥齡。污泥齡在20d時(shí)，可減少低溫(15℃)的不利影響，并穩(wěn)定硝化作用。經(jīng)過投加生物填料，在低溫下(7~10℃)，以沸石作為填充物的曝氣生物濾池對(duì)低溫廢水中氨氮的去除才能更強(qiáng)。應(yīng)用開發(fā)的嗜冷菌株將其接種在反響器中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯現(xiàn)氨氮去除效果良好。對(duì)A2/O-MBR工業(yè)污水處理系統(tǒng)實(shí)行了研討，發(fā)現(xiàn)低溫下A2/O-MBR系統(tǒng)的硝化速率高于普通A2/O工藝。分段進(jìn)水多級(jí)AO工藝經(jīng)過合理分配原水中有機(jī)物，保證系統(tǒng)反硝化所需C源，無(wú)需硝化液回流即可完成脫氮功用。分段進(jìn)水多級(jí)AO工藝具有脫氮效率高、污泥濃度高、節(jié)約能源等特性。近年來(lái)分段進(jìn)水多級(jí)A/O工藝的研討不時(shí)加深，多級(jí)A/O工藝在城市污水處置廠的改造和新建項(xiàng)目中曾經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，研討標(biāo)明：采用JASSFR工藝對(duì)TN和TP的去除率可到達(dá)81.4%和86.1%。在到達(dá)理想TN去除率的同時(shí)(大于97%)，為生物除磷發(fā)明了良好的厭氧條件，磷的去除率大于98%。

　　流離生化技術(shù)是產(chǎn)生于近年內(nèi)的一種有機(jī)廢水處置新技術(shù)。填料為外表經(jīng)過特殊處置的匯合體(流離球)。污水在活動(dòng)中存在著球體外流速快，球體內(nèi)流速慢的情況，污水中漂浮物集中在流速慢的中央產(chǎn)生流離現(xiàn)象。經(jīng)過無(wú)數(shù)次流離作用，使污水中的固體物和有機(jī)物膠體與水別離。再分離生化合成，構(gòu)成了流離生化技術(shù)。

　　本研討以實(shí)踐污水處置廠冬季運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境條件為參考，應(yīng)用分段進(jìn)水三級(jí)A/O活性污泥耦合流離生化技術(shù)，完成低溫城市污水穩(wěn)定高效去除污染物。經(jīng)過調(diào)查工藝的低溫污水總體去除效率，剖析各隔室內(nèi)污染物濃度及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。同時(shí)調(diào)查工藝缺氧反硝化及好氧硝化速率，解析低溫條件下多級(jí)AO耦合流離生化工藝污染物去除機(jī)理。

　　一、資料與辦法

　　實(shí)驗(yàn)采用分段進(jìn)水三級(jí)A/O反響器(圖1)，該安裝缺氧池與好氧池體積比為3：4，且各級(jí)缺氧池、好氧池沿池長(zhǎng)方向分別設(shè)為AX1/AX2/OX1/OX2(A代表缺氧隔室、O代表好氧隔室、X代表級(jí)數(shù))，缺氧、好氧池底部擋板設(shè)有過流孔連通。反響器由有機(jī)玻璃制成，總?cè)莘e為144L，有效容積為126L。二沉池為豎流沉淀池，中心管進(jìn)水、上部溢流堰排水，污泥從底部排空管定期排放。采用4臺(tái)爬動(dòng)泵分別保送原水至各級(jí)缺氧池AX1與污泥回流，曝氣區(qū)采用氣泵為系統(tǒng)好氧隔室供氣，經(jīng)過空氣流量計(jì)控制曝氣量。6臺(tái)機(jī)械攪拌器對(duì)缺氧區(qū)實(shí)行攪拌。

　　1.1 運(yùn)轉(zhuǎn)控制計(jì)劃

　　實(shí)驗(yàn)在低溫控制室內(nèi)實(shí)行，控制風(fēng)機(jī)的啟停溫度分別為9.5~12℃，實(shí)測(cè)水溫為(10±0.5)℃，HRT為8h，進(jìn)水流量分配比例為3：2：1，污泥回流比控制在50%。進(jìn)水采用3臺(tái)爬動(dòng)泵實(shí)行控制，各級(jí)均單獨(dú)控制，每級(jí)進(jìn)水進(jìn)入各級(jí)的第一個(gè)缺氧區(qū)。污泥回流至第一級(jí)缺氧段。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)污泥及水質(zhì)

　　本實(shí)驗(yàn)研討采用的接種活性污泥取自長(zhǎng)春市某污水處置廠，接種初期污泥濃度為5000mg/L左右。

　　實(shí)驗(yàn)原水為模仿城市污水，配水運(yùn)用的藥劑為可溶性淀粉、牛肉膏、蛋白胨、乙酸鈉(CH3COONa)、氯化銨(NH4Cl)、硝酸鉀(KNO3)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、氫氧化鈉(NaOH)，藥劑純度均為剖析純。運(yùn)轉(zhuǎn)期間配水細(xì)致水質(zhì)參數(shù)見表1，C/N值變化范圍為5.69~8.68，均勻值為6.85，實(shí)驗(yàn)原水配置過程在恒溫房間實(shí)行，水溫堅(jiān)持在(10±1)℃。

　　1.3 檢測(cè)項(xiàng)目及辦法

　　研討過程中水質(zhì)和污泥的檢測(cè)均參照水和廢水監(jiān)測(cè)辦法第四版中國(guó)標(biāo)法實(shí)行，詳細(xì)辦法如表2所示。

　　生物膜污泥濃度檢測(cè)：反響器內(nèi)流離球填料上生物膜污泥濃度的測(cè)定采用堿洗法。稱重烘干后流離球填料質(zhì)量為M1。應(yīng)用超聲洗脫法將填料上生物膜剝離，烘干稱量為M2。用M1減去M2并除以填料的數(shù)量即為單個(gè)海綿或KaldnesK3型填料上的膜生物量。并以此來(lái)計(jì)算每個(gè)區(qū)域的總生物量，除以區(qū)域的有效體積，得到各隔室的生物膜污泥濃度。

　　好氧硝化速率測(cè)定：取反響器中好氧隔室內(nèi)流離球填料及污泥混合液，參加NH4Cl溶液，配制初始ρ(NH4+-N)為18~25mg/L左右，攪拌平均后開啟曝氣設(shè)備。取樣測(cè)定NH4+-N濃度。計(jì)算NH4+-N消減量b，依據(jù)測(cè)得的NH4+-N濃度與取樣時(shí)間t的關(guān)系，繪出回歸曲線，并求出比硝化速率：

　　缺氧反硝化速率測(cè)定辦法：取多級(jí)A/O缺氧區(qū)的泥水混合液，參加一定量的硝酸鉀(KNO3)和丙烯基硫脲(ATU，抑止亞硝化細(xì)菌的活性，從而抑止活性污泥的硝化反響)，控制混合液中的NO3--N初始濃度在20mg/L左右，反響溫度控制在10℃左右。測(cè)定混合液中NO3--N的濃度，得到NO3--N濃度隨時(shí)間的變化曲線，應(yīng)用曲線的斜率r和測(cè)定的混合液MLVSS值，由式NUR=r/MLVSS即可求得反硝化速率(mg/(g?h))。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 反響器內(nèi)DO與pH值變化狀況

　　系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，安裝內(nèi)DO及pH值變化狀況見圖2，3級(jí)好氧池DO均勻濃度分別為1.05，3.23，3.75mg/L，后兩級(jí)好氧池DO濃度較高，缺氧區(qū)DO濃度均低于0.05mg/L，到達(dá)缺氧反硝化脫氮請(qǐng)求，DO控制良好是該系統(tǒng)高效脫氮的保證。系統(tǒng)各隔室內(nèi)pH值維持在7.0左右，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好。

　　2.2 反響器內(nèi)活性污泥及生物膜污泥濃度

　　反響器內(nèi)懸浮活性污泥濃度和生物膜污泥濃度如圖3所示：分段進(jìn)水多級(jí)A/O系統(tǒng)三級(jí)均勻污泥濃度分別為6400，5400，4600mg/L，回流污泥濃度11200mg/L，活性污泥濃度梯度散布明顯，契合多級(jí)A/O工藝特性，活性污泥濃度較高，標(biāo)明反響器內(nèi)微生物數(shù)量大，高污泥濃度有利于進(jìn)步低溫污水處置效率，弱化低溫污水處置微生物活性低、新陳代謝遲緩等不利影響。

　　反響器內(nèi)生物膜污泥濃度400~800mg/L之間，沿水流方向逐步升高，這與懸浮活性污泥濃度逐步降低的規(guī)律相反，緣由為混合系統(tǒng)中固著相與懸浮相微生物間互為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，在同一系統(tǒng)中，活性污泥濃度與生物膜污泥濃度變化趨向相反。圖中缺氧段生物膜污泥濃度高于好氧段，緣由為缺氧段采用機(jī)械攪拌的方式，對(duì)填料外表生物膜的震動(dòng)作用較弱，而好氧區(qū)曝氣對(duì)生物膜的沖擊以及水流剪切力的作用，使生物膜更容易零落，故好氧段生物膜污泥濃度較缺氧段小。

　　2.3 污染物去除效率

　　2.3.1 COD的去除

　　COD的去除狀況如圖4所示，在近200d的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，均勻進(jìn)水COD為200mg/L，出水COD維持在50mg/L以下，均勻COD去除效率到達(dá)90%，標(biāo)明系統(tǒng)針對(duì)低溫污水中有機(jī)物的去除具有較好的效果。

　　2.3.2 NH4+-N與TN的去除

　　NH4+-N及TN的去除如圖5所示，均勻進(jìn)水NH4+-N濃度為15mg/L，運(yùn)轉(zhuǎn)初期系統(tǒng)出水NH4+-N濃度較高，運(yùn)轉(zhuǎn)15d后逐步穩(wěn)定，穩(wěn)定階段出水NH4+-N濃度在0.5mg/L左右，系統(tǒng)NH4+-N去除效率較高，到達(dá)90%以上。低溫下系統(tǒng)NH4+-N去除效率較高的緣由主要為，投加流離球填料有助于系統(tǒng)中長(zhǎng)泥齡微生物(硝化細(xì)菌等)在填料外表富集，硝化菌等長(zhǎng)泥齡微生物量的增加，補(bǔ)償?shù)蜏丨h(huán)境帶來(lái)的生物活性降落等不利要素，保證系統(tǒng)較高的硝化效率。進(jìn)水TN均勻濃度為30mg/L，TN去除效率呈現(xiàn)先降落后上升的趨向，運(yùn)轉(zhuǎn)166d后到達(dá)穩(wěn)定，出水TN濃度維持在7mg/L以下，去除效率到達(dá)80%。剖析緣由，運(yùn)轉(zhuǎn)初期反硝化菌受低溫影響，增值遲緩，系統(tǒng)內(nèi)反硝化菌數(shù)量缺乏，活性較低，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，反硝化菌逐步順應(yīng)環(huán)境，到達(dá)一定數(shù)量積聚后，開端顯現(xiàn)出反硝化性能。

　　2.3.4 TP的去除

　　多級(jí)A/O工藝主要經(jīng)過排出剩余污泥來(lái)完成，即微生物異化作用從水中攝取磷合成有機(jī)物并儲(chǔ)存能量，經(jīng)過定期排出沉淀池內(nèi)的剩余污泥，完成水中磷的去除。如圖6所示，進(jìn)水磷濃度均勻?yàn)?/span>7mg/L，運(yùn)轉(zhuǎn)初期磷去除率較低，且不穩(wěn)定。運(yùn)轉(zhuǎn)100d后，磷去除率逐步升高并穩(wěn)定在80%左右，出水磷濃度小于2mg/L。本研討中進(jìn)水磷濃度較高，普遍超越了其他研討中3.0~5.0mg/L的磷濃度，在此條件下去除效率超越80%，闡明經(jīng)過火區(qū)后的分段進(jìn)水多級(jí)A/O工藝具有較好的磷去除才能。

　　2.4 三級(jí)AO耦合系統(tǒng)污染物變化規(guī)律

　　如圖7所示，系統(tǒng)內(nèi)COD變化較小，分離分段進(jìn)水形式剖析，原水中有機(jī)物進(jìn)入各級(jí)缺氧段，大局部作為反硝化C源被反硝化菌用于反硝化脫氮，少局部進(jìn)入好氧段。系統(tǒng)NH4+-N的降解主要發(fā)作在好氧段，流入每一級(jí)的NH4+-N均可以在該級(jí)內(nèi)得到完整去除，各級(jí)出水NH4+-N濃度均小于0.5mg/L，同時(shí)第3級(jí)缺氧段和好氧段NH4+-N濃度均較低，標(biāo)明3級(jí)AO耦合系統(tǒng)第3級(jí)存在一定的硝化潛能，有利于進(jìn)步系統(tǒng)抗NH4+-N沖擊才能，保證系統(tǒng)出水NH4+-N濃度穩(wěn)定。反響器內(nèi)TN的降解主要發(fā)作在缺氧段，經(jīng)過反硝化作用被去除。同時(shí)在好氧段也存在明顯的TN降解，主要緣由為好氧段填充了流離球填料，填料內(nèi)部存在缺氧/厭氧環(huán)境，滿足硝酸鹽反硝化所需的環(huán)境條件，填料的投加促進(jìn)了好氧段同步硝化反硝化反響的實(shí)行，進(jìn)步了系統(tǒng)總體的脫氮才能，特別關(guān)于系統(tǒng)末段存在一定水平的同步硝化反硝化，有利于降低出水中TN濃度，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。系統(tǒng)內(nèi)磷變化規(guī)律在不同隔室內(nèi)存在明顯的差別，缺氧段由于存在P的釋放，TP濃度較高，第1級(jí)缺氧段TP濃度到達(dá)20mg/L，隨后在好氧段磷得到吸收降低至3mg/L，闡明系統(tǒng)內(nèi)存在聚磷菌，且并未在系統(tǒng)第3級(jí)釋放，出水磷濃度較低。

　　2.5 耦合工藝脫氮規(guī)律

　　系統(tǒng)各級(jí)NH4+-N的來(lái)源主要是進(jìn)水中帶入的NH4+-N及由系統(tǒng)上一級(jí)未完整硝化剩余的NH4+-N。如表3所示，系統(tǒng)第一級(jí)NH4+-N流入量最高，同時(shí)去除率也最高，緣由為高底物濃度有利于硝化反響的實(shí)行。三級(jí)NH4+-N去除率均超越80%，標(biāo)明流入各級(jí)的NH4+-N在本級(jí)內(nèi)得到了較好的去除，無(wú)剩余NH4+-N積聚并進(jìn)入下一級(jí)，使各級(jí)NH4+-N負(fù)荷維持在正常進(jìn)水程度，同時(shí)硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮可以為后續(xù)缺氧反硝化提供充足底物，進(jìn)步各級(jí)TN的去除率。

　　分段進(jìn)水多級(jí)A/O耦合流離生化工藝TN的去除包括3個(gè)過程，即缺氧反硝化、同步硝化反硝化及異化過程。缺氧反硝化主要發(fā)作在多級(jí)A/O工藝缺氧段，對(duì)進(jìn)水中及上一級(jí)好氧硝化產(chǎn)生的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮實(shí)行反硝化并生成氮?dú)?，同步硝化反硝化主要發(fā)作在好氧段，在將流入的有機(jī)氮和氨氮氧化成硝態(tài)氮的同時(shí)，將上一級(jí)流入的硝態(tài)氮和產(chǎn)生的硝態(tài)氮在好氧區(qū)內(nèi)反硝化變成氮?dú)狻?/span>

　　如表4所示，缺氧段TN去除率最高發(fā)作在系統(tǒng)第二級(jí)到達(dá)46.23%。剖析緣由，第一級(jí)好氧段硝化效率最高，產(chǎn)生大量的硝態(tài)氮進(jìn)入第2級(jí)缺氧段，混合第2級(jí)進(jìn)水中硝態(tài)氮后，缺氧段硝態(tài)氮濃度升高，充足的底物濃度促進(jìn)了反硝化的實(shí)行。同理，系統(tǒng)第2級(jí)好氧硝化效率最低，第3級(jí)進(jìn)水量最小，故第3級(jí)缺氧段硝態(tài)氮濃度低于第1級(jí)和第2級(jí)，TN去除效率最低。好氧段存在明顯的同步硝化反硝化反響，其中第1級(jí)同步硝化反硝化效率最高，TN去除率到達(dá)37.31%，這主要受充足底物濃度的影響。系統(tǒng)同步硝化反硝化作用TN去除率到達(dá)26.05%，占系統(tǒng)TN去除率的30%以上，流離球填料的投加，有效的進(jìn)步了系統(tǒng)同步硝化反硝化性能，促進(jìn)了系統(tǒng)TN的去除，特別是第三級(jí)好氧末段18.03%的TN去除率，有效的降低了系統(tǒng)出水中TN濃度，關(guān)于保證多級(jí)AO工藝出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)具有重要意義。

　　2.6 系統(tǒng)脫氮速率

　　2.6.1 好氧硝化速率

　　由圖8中NH4+-N降解曲線和DO變化曲線可知，NH4+-N的降落“拐點(diǎn)”與DO快速上升的“拐點(diǎn)”所在位置相同，這標(biāo)明系統(tǒng)NH4+-N降解根本完成，硝化過程完畢，系統(tǒng)耗費(fèi)DO速率逐步降低，混合液內(nèi)DO開端快速上升，兩條曲線呈現(xiàn)“拐點(diǎn)”時(shí)間相同，從側(cè)面考證系統(tǒng)NH4+-N降解完成。

　　表5分離圖8可知，3級(jí)好氧末段比耗氧硝化速率曲線相關(guān)性R2值均超越98%，相關(guān)性較好。第一級(jí)、第2級(jí)和第3級(jí)硝化速率逐步降落，標(biāo)明3級(jí)NH4+-N降解才能逐步降落，這與氨氮各級(jí)降解總量規(guī)律相同。比照3級(jí)比耗氧硝化速率數(shù)值可知，第二級(jí)比硝化速率最高，剖析緣由可能為第二級(jí)具有硝化功用的微生物種群濃度高于第一級(jí)和第三級(jí)，硝化菌濃度的進(jìn)步直接表現(xiàn)于硝化速率的上升。

　　2.6.2 系統(tǒng)反硝化速率

　　圖9中，反硝化速率曲線相關(guān)性R2值均超越90%，相關(guān)性較好。第1級(jí)和第2級(jí)反硝化速率曲線均存在明顯的3個(gè)變化階段，參照表6混合體系各級(jí)缺氧末段比反硝化速率可知，隨著反硝化時(shí)間的逐步延長(zhǎng)，比反硝化速率逐步降低，其中第1級(jí)比反硝化速率最大，NO3--N降解速率最快且反響時(shí)間較短，反響時(shí)間在10~15min左右，其主要緣由一方面是微生物的吸附作用，進(jìn)水中NO3--N濃度較高，微生物將污水中NO3--N大量吸附到菌體外表以便下一步反硝化處置，另一方面反硝化菌優(yōu)先應(yīng)用污水中易生物降解的可溶性有機(jī)物作為C源實(shí)行反硝化脫氮，此時(shí)的反硝化速率與反硝化菌的數(shù)量有關(guān)。第2階段反硝化時(shí)間最長(zhǎng)，同時(shí)反硝化速率降低，主要緣由為微生物此時(shí)將吸附的NO3--N實(shí)行反硝化，吸附作用削弱。污水中易生物降解的可溶性有機(jī)物根本耗盡，微生物開端應(yīng)用水中可遲緩降解的有機(jī)物作為電子供體。第3階段反硝化速率最低，剖析緣由為污水中NO3--N被前2個(gè)階段大量降解，水中剩余NO3--N濃度較低，同時(shí)可生物降解的有機(jī)C源根本耗盡，微生物經(jīng)過氧化本身產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物作為電子供體實(shí)行反硝化，故反硝化速率最低。

　　比照各級(jí)比反硝化速率可知，第2級(jí)A22隔室第1階段比反硝化速率最高，根據(jù)第1階段反硝化速率主要取決于反硝化菌的數(shù)量這一理論，標(biāo)明第2級(jí)反硝化細(xì)菌數(shù)量最多，剖析緣由第2級(jí)缺氧段流入的NO3--N濃度最高，底物充足，此時(shí)反硝化菌大量繁衍，代謝活動(dòng)頻繁增值量大。這一結(jié)論考證了系統(tǒng)第2級(jí)反硝化TN去除效率最高的規(guī)律。比照3級(jí)反硝化NO3--N降解曲線可知，各級(jí)反硝化時(shí)間逐級(jí)增加，反硝化速率逐級(jí)降低。

　　三、結(jié)論

　　3.1 分段進(jìn)水三級(jí)AO耦合流離生化工藝針對(duì)低溫(10℃)模仿城市污水具有較高的污染物去除率，COD、NH4+-N、TN和TP去除率分別為90%、90%、80%和80%。經(jīng)過近200d的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，處置效果穩(wěn)定。

　　3.2 耦合工藝各級(jí)NH4+-N去除效率均超越80%，各級(jí)硝化完整產(chǎn)生大量硝態(tài)氮，分段進(jìn)水合理分配C源和N濃度，充足的底物濃度促進(jìn)反硝化的實(shí)行。同時(shí)添加流離球填料使好氧段同步硝化反硝化脫氮率到達(dá)26.05%，有效降低系統(tǒng)出水中TN濃度。

　　3.3 系統(tǒng)硝化與反硝化速率與微生物量有關(guān)，系統(tǒng)第1級(jí)硝化速率最高為10.20mg/(L?h)，比硝化速率第2級(jí)最高為1.72mg/(g?h)，缺氧末段反硝化速率及比反硝化速率均為第2級(jí)最高。