温度对接触氧化法处理生活污水效能的影响

梁程钧，苏 柳，林宏飞，陆立海，宋海农

(广西博世科环保科技股份有限公司，广西 南宁 530000)

1 引言

随着农村的经济建设发展和生活水平的提高，农村生活污水逐渐增多，这些污水随意排放会造成河道、水塘、水田污染，不仅会影响种植业、养殖业等农业生产，还大大影响农村人民身体健康和生活环境状况。目前，一体化污水处理设备是针对分散型农村生活污水的一种较适宜的设备，其中A2/O生物接触氧化法以其较好脱氮除碳的效果和运行过程较稳定等优点，被越来越多的用于处理农村生活污水。

温度是影响微生物活性的重要因素。当温度过低时，微生物的各类生化反应、酶促反应等均会出现下降，导致微生物活性降低，污水的生物处理效能会受到较大影响[1]。在一定范围内，温度升高有利于提高微生物活性，对生活污水的处理效果较好。但是当温度过高时，不仅会影响微生物的生长代谢，严重时还会造成微生物的大量死亡[2]。目前，有关温度对中大型水量的生物处理系统(如活性污泥法、膜生物反应器等)效能的影响已有较多研究，但是针对使用A2/O接触氧化法的一体化污水处理设备的相关研究仍然缺乏，尤其是从低温至高温均进行研究的相关报道更是少见。

本试验采用A2/O接触氧化法的一体化污水处理设备处理生活污水，通过对设备升温、降温等控温处理，探索了该工艺设备在不同温度下运行的变化，并分析了不同温度下的出水情况和污染物去除效果，可对一体化农村污水处理设备的设计制造和运行维护提供参考。

2 材料与方法

2.1 试验装置

本试验装置为一体化污水处理设备(图1)，内部使用隔板分隔为调节池、缺氧池、厌氧池、好氧池1、好氧池2和沉淀池，通过气提回流的方式将沉淀池水回流至调节池，其中缺氧池和厌氧池中放置有聚丙烯(PP)球型填料(填充量约60%)，好氧池1、好氧池2中放置有聚丙烯悬浮填料(填充量约30%)且底部设有曝气孔进行曝气供氧。设备日进水量5 m3，HRT为40.8 h，回流量200%。

图1 一体化污水处理设备示意

2.2 试验用水

试验用水取自南宁市某生活污水管网，由于试验过程跨越不同季节，因此来水水质稍有波动，其水质主要指标为：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 试验流程

试验设备在开始试验前，按照5 m3/d进水量、200%回流量运行超过30天以上，并且运行初期在各分区投加一定量某污水处理厂的活性污泥，确保内部填料完成挂膜后开始试验。本试验共设置7个温度梯度，分别为：6～9 ℃、9～12 ℃、15～18 ℃、20～25 ℃、25～28 ℃、31～34 ℃、34～37 ℃，每个温度梯度运行7～15 d不等。每个温度梯度给予设备数天的稳定运行后，取连续4 d的数据进行水质指标分析。特别地，在上述温度梯度试验结束后进行极高温试验：升温至39 ℃并维持1 d后降温至31～34 ℃，极高温试验期间连续对水质指标进行测量分析。

2.4 主要分析指标与测量方法

3 结果与讨论

3.1 对有机物去除的影响

由图2可知，使用接触氧化法的一体化污水处理设备对COD的去除效果较佳且受温度影响小。当进水COD含量在102～257 mg/L范围内时，出水COD含量保持在50 mg/L以下，COD去除率变化范围在77.85%～94.37%，出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准。该结果表明，当温度在6～34 ℃内变化，或是经过极高温(39 ℃)的冲击影响后，本设备系统对COD的去除基本不受影响。

图2 不同温度下进出水COD浓度及其去除率的变化

温度主要通过影响微生物的酶活性，从而影响其生长和代谢速率[4]。研究表明耐冷型微生物的最适温度约15 ℃，在0～5 ℃可生长繁殖[5]，而本设备前期挂膜启动、稳定运行期间一直处于环境温度较低的季节(8～18 ℃)，内部优势微生物种群可能已适应低温条件，主要由耐冷型微生物构成。系统在低温时仍能保持较高的COD去除率，与杨思敏等同是采用接触氧化法的研究结果相似[6]。但是其他一些使用活性污泥法处理生活污水的研究则表明，低温会明显的降低COD去除率[7, 8]，这可能是因为温度更易影响活性污泥的污泥性状和生物群落结构[9]，而接触氧化法悬浮污泥浓度低，但是填料上的生物膜具有更复杂和稳固的微生物群落结构，抗冲击能力更强[10]。在30 ℃以上时，虽然硝化菌、反硝化菌等功能菌的生物活性可能会受到影响，但是可进行有机物去除的微生物种类繁多，其中存在的中温菌的最适宜生长温度范围为10～35 ℃[11]，本试验最高水温尚不足以让此类微生物活性受到较大影响。另外，试验过程的温度是逐渐升高的过程，系统内的微生物有时间对温度的变化进行适应，因此本系统在30 ℃以上甚至39 ℃时的COD去除率基本不受影响。

3.2 对氨氮去除的影响

如图2，系统的氨氮去除效果受温度影响明显。在12 ℃以下时，出水氨氮较高，基本在15 mg/L以上，去除率低于75%，出水较难达到1级B排放标准(15 mg/L，≤12 ℃)。随着温度升高，在15～18 ℃范围内时出水氨氮呈下降趋势，去除率也逐渐升高，在该温度范围的试验后期，出水氨氮已经下降到8mg/L以下。温度在20～34 ℃内逐渐升高时，出水氨氮在0.34～4.78 mg/L，去除率88.73%～99.24%，出水可稳定达到1级B排放标准(8 mg/L，>12 ℃)。当温度在34～37 ℃时，出水氨氮有所升高，有数天的出水氨氮在8 mg/L以上，去除率也出现明显下降。经过1 d 39 ℃的“极高温”处理后，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后出水氨氮才出现下降，并在9 d后出水氨氮重新下降到8 mg/L以下。

图3 不同温度下进出水氨氮浓度及其去除率的变化

研究表明，硝化菌是的适宜温度范围是20～35 ℃。若温度高于35 ℃，对硝化菌的酶系具有破坏作用；若温度低于10 ℃，硝化菌的生长及硝化作用会显著减慢[12]。因为硝化菌生长速率和代谢效率受温度影响较明显，导致了温度较低或较高时，硝化效果会受到影响。当温度低于15 ℃时，硝化反应会受到显著抑制；在15～20 ℃内，低温的抑制现象会逐渐减弱[13]。因此，在6～9 ℃和9～12 ℃范围内，系统氨氮去除率较低，出水氨氮很高。温度在15～20 ℃内，硝化反应的抑制作用变小，因此在该温度下系统氨氮去除率逐渐升高，出水氨氮降低。系统温度在20～34 ℃时，因为处于硝化菌的适宜温度范围，因此系统保持较高的氨氮去除率。当温度升至34～37 ℃时，已经超过硝化菌的最适温度范围，氨氮去除率出现下降，但是呈现一个波动的现象，这可能是因为该温度仅略高于硝化菌适宜温度范围，仅有部分硝化菌的硝化作用受到影响。

特别的，39 ℃对于硝化菌属于“极高温”，会大大影响其生物活性，其酶系受到破坏，导致氨氮去除率快速下降，出水氨氮快速升高。硝化菌多数为自养菌，世代周期较长[14]。本系统需要10 d便可将氨氮去除率从60%以下恢复至90%以上，可能是因为接触氧化法中所采用的生物填料有利于世代周期长、生长速率慢的微生物生长[15]。

3.3 对总氮去除的影响

如图4，总氮的去除率效果受温度影响同样明显，总体上随着温度的升高而逐渐上升。温度在12 ℃以下时，总氮去除率不足50%，出水总氮高于20mg/L。在9～18 ℃内，设备的总氮去除率逐渐上升至60%左右。在接下来的温度范围内，总氮去除率和出水总氮浓度分别在65%和20mg/L附近波动，随后波动逐渐减小，在25 ℃以上时，出水总氮基本维持在20mg/L以下，达到1级B排放标准。经过39 ℃“极高温”后，总氮去除率下降至50%以下，出水总氮明显升高，在11 d后才恢复至1级B排放标准以下。

图4 不同温度下进出水总氮浓度及其去除率的变化

4 结论

(1) 使用A2/O接触氧化法的一体化污水处理设备处理生活污水，在日进水量5 m3，HRT为40.8 h，回流量200%的条件下，温度在6～37 ℃变化时， COD去除率变化范围在77.85%～94.37%，出水COD含量保持在50 mg/L以下，出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准，温度变化对COD去除的影响较小。

(2) 温度变化对氨氮的去除影响较大。在12 ℃以下时，氨氮去除率较低，出水氨氮在15 mg/L以上；在15～34 ℃内时，除了在该范围两端的温度时(15～18 ℃、31～34 ℃)氨氮去除效果略有波动外，氨氮去除率基本在80%以上，出水氨氮都可较稳定达到8 mg/L以下，满足1级B排放标准。但是在34～37 ℃温度时出水氨氮达到8 mg/L以上。

(3) 温度变化对总氮的去除影响同样较大。温度在12 ℃以下时，总氮去除率不足50%，出水总氮高于20 mg/L。15～18 ℃内的总氮去除效果逐渐变好，在20～37 ℃时，总氮去除率在轻微波动后基本高于55%，出水总氮基本维持在20 mg/L以下，达到1级B排放标准。

(4) 39 ℃的温度维持1 d后，对COD的去除没有太大影响；而该温度对氨氮和总氮的去除效果影响极大，氨氮和总氮去除率快速下降，出水氨氮和总氮升高，无法达到1级B标准。分别经过9 d、11 d后，出水氨氮、总氮重新达到1级B排放标准。