低温条件下污水处理运行优化路径
田腾+周斌+王心海
摘要：北方城市因为地理位置原因，出现低温的情况较为明显，这就让污水的处理出现问题，对其产生严重影响，只有对其进行不断优化，才能够让低温条件下的污水处理更为优化。基于此，本文就低温条件下污水处理运行优化路径进行探索，希望可以为污水的更好处理提供借鉴。
关键词：低温条件；污水处理；优化路径
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0040-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.022
Optimization of wastewater treatment operation under low temperature
Tian Teng， Zhou Bin， Wang Xinhai
（Key Laboratory of Water Transportation Environmental Protection Technology and Transportation of Tianjin Institute of Water Transport Engineering， Ministry of Transport， Tianjin 300456，China）
Abstract： It is obvious that the northern cities have low temperatures because of their geographical location， which causes problems in the treatment of sewage and has a serious impact on them. Only by continuously optimizing the sewage treatment can the sewage treatment at low temperature be more optimized . Based on this， this paper explores the optimization of sewage treatment operation under low temperature conditions， hoping to provide a reference for the better treatment of sewage.
Key words： Low temperature conditions； Sewage treatment； Optimization path
1 低溫对污水处理影响
1.1 低温对沉降性能的影响
在对污水进行低温处理的过程中，都是通过微生物的新陈代谢来完成氮的转化而实现的。而氮的转化过程前后分别为：氨化反应、硝化反应、反硝化反应。在进行此处理的过程中，影响因素也是有很多的，温度对微生物的新陈代谢有着重要影响。温度降低，会降低活性污泥中酶的活性，使得微生物生命活动变弱，新陈代谢能力就会降低，从而致使活性污泥的沉降性会越来越差，当温度降低到一定温度的时候，几乎就没有了沉降性，反而达不到低温对污水的处理；当温度升高，微生物的新陈代谢频率就会提高，当温度达到一定温度时，会使活性污泥的沉降性越来越好，达到对污水处理的更高水平，因此在对污水处理的过程中对温度的控制很关键，否则很难实现对污水的有效处理。
1.2 低温对污泥活性的影响
低温的情况下微生物的生命活动变弱以及脱氢酶活性的急速下降，使得活性污泥的活性受到很大的影响。OUR是代表微生物与污水接触后溶解氧气的快慢程度，OUR的降低也就说明了微生物对污水中有机物分解的能力下降，微生物分解能力的下降直接影响污水在低温条件下对污水的处理效果。
1.3 污泥膨胀现象
污泥膨胀现象在北方的冬季是经常发生的一种现象。因为温度过低会使得丝状菌的过度繁殖导致污泥膨胀，污泥膨胀之后，是不易沉降的，膨胀之后的污泥结构十分松散。根据丝状菌的本身独有特点分布浓密，细长，相对于其他的微生物具有更强的捕食能力，并且耐低温环境的能力也是更强的。
2 低温条件下污水处理运行优化路径
2.1 提高污泥活性
在低温情况下，污水池里已经存在了大量的丝状菌，但是污泥中不仅仅只存在了这一种微生物，还有很多其他的微生物在进行着分解的工作，只不过是没有丝状菌的数量多而已，然而污泥的活性是通过微生物分解有机物的形式提高活性的，所以提高其他很多的微生物分解能力也就提高了污泥的活性。那么提高其他微生物的分解活性，可以通过添加生物填料的形式，来增加其他微生物与丝状菌之间的竞争关系，从而有效地解决了丝状菌过度繁殖的现象，其他微生物的可以消耗吸附在细胞便面的糖，有效控制多糖的含量，从而有效地提高污泥活性。
2.2 降低运行负荷和增加曝气量
适当降低运行负荷和增加曝气量是为了控制丝状菌过度繁殖而导致污泥膨胀带来的不好影响。适当的增加曝气量在回流污泥的过程中增加一个曝气构建物，经过曝气构建物在进入曝气池，可以更好地抑制丝状菌过度繁殖。
2.3 运行控制
在北方冬季污水处理厂污水处理效果差主要是温度过低使得污泥活性降低、污泥膨胀等，然而单一的完善措施解决这一问题是很困难的。添加生物填料可以抑制丝状菌的过度繁殖，但是他并不能够改善污泥中其他微生物耐低温的能力，还是没有从根本上提高污泥的活性，过度的降低运行负荷和增加曝气量，也是不利于污水净化的。通过购买生物添加物、增加曝气池，增加了处理厂的污水处理费用，由于北方冬天温度低，很难实现合格的污水排放，污染了合流，增加了治理污染河流的费用。
3 污水处理厂的优化设计
3.1 排水管网
排水管网在污水处理厂优化设计过程中处于首要。排水管网需要在两方面进行优化处理，分别是：排水体制、河流污水的溢流问题两方面。其中排水体制顾名思义就是对污水进行排放的体制，可见排水体制在污水处理厂优化的过程中处于相当重要的地位。因为排水体制是将城市污水直接排出的重要渠道，如果排水体制不进行优化的话会对后期的污水处理添加很大的负担。从而违背现在我国提倡的“环保”措施。结合我国近几年城市污水处理厂的建设情况，应采用混合的合制排水体制，混合的合制排水体制是指将有条件的城市市区或者郊区采用分流制，城市其他大部分还是采用截流式合流制，这样可以更加有效地减轻工程实施的难易程度并且可以紧跟国家发展在环保之路奉献自己的一份力量。合流污水的溢流指的就是合流管道和水渠在被雨水进行稀释使得污水直径达到五到七倍时，会对水体造成危害。因此在下面几个方面对合流污水溢流的问题进行了完善，包含：截流倍数、雨水调整、分流管网雨排水系统连接等。其中截流倍数指的是合流制排水系统在降雨时截取的雨水量和干旱时污水水量的比值。因此我们可以根据接受存储的水体环境容量以及排水系统组成，得到合理的截流倍数，从而使得合流污水的溢流频率以及溢流量减少。雨水储蓄指的是在降雨之后，利用城市的坑塘洼地，在截流重要干管周围修建储蓄池，用来存储可以调节溢流污水的雨水，经过太阳暴晒之后再将溢流的污水送至污水处理厂进行污水处理。分流管网雨排水系统连接指的就是在混合制排水體制的管网系统中，在合流制截流干管的最终溢流井下接入分流制污水干管。实现这些优化设计可以更加有效地进行环境保护。
3.2 污水处理厂设计
污水处理厂设计需要在规模的确定、水量、进水水质、近期建设规模的方面进行优化设计。其中设计规模的确定，实际上进场水量水质偏离设计规模，更是把设计年限的用水量大打折扣进行估算，对设计进水水质只是简单的和其他城市污水处理厂的数据进行类比，缺少现场的基础研究，由此至于污水处理厂实际进场水量水质出现偏离设计规模的现象。因此污水处理厂的设计规模包含了设计的水量以及涉及水水质的浓度，这是污水处理的基础设计，特别要设计的是除磷脱单，在进行此设计的时候，除了要注意污染物的浓度之外还应注意的是污水中营养物的浓度以及碱度等特性。其次是设计水量，水量规模的设计是根据城市近几年来供水节水的统计资料，用实际年的用水量作为基础并通过增长率的方法预测污水处理厂收水范围，从而设计年限的需水量并通过实际测量城市区内主要的排污水口的排水量，用实际测量的污水减系数既可以确定这个污水处理厂的水量规模。再次是设计进水水质，在城市区域内选择几个重要的排污水口，定时定期地对水质进行测量，可以通过加权平衡的方法确定实际污水水质的浓度，用这个浓度作为基础，结合其他监管测量的资料来确定设计其水质。进水水质是与城市产业结构的不同而不同。最后则是近期建设的规模，对于中小型城市的污水处理厂规模不宜过大，因为中小型城市的城市排污水量相比较于大型的城市的排污水量是烧的多的少，处理厂规模大的话，对污水处理的工艺会高要求，对污水处理工程的实施增加难度，从而降低了污水处理的效率，与我国提倡的环保相违背，相对于大城市在进行污水处理厂设计的时候应该分为近期和远期规模，合理进行工程分期的确定，远期规模是污水处理厂的选址依据，那么选址用地的条件应该满足长期处理用地的需要。
3.3 处理工艺优化
处理工艺优化分为两个方面，分别是：处理工艺类型以及选择、雨水冲击负荷与污泥流失这两个方面。其中处理工艺类型以及选择，我们选择活性污泥法，那么活性污泥法有很多种形式分分别为：传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺、氧化沟工艺与SBR工艺这三种形式。传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺这种处理工艺对管理水平的要求很高，因为传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺他的处理单元比较多，操作起来相对于其他两种工艺复杂，特别是污泥厌氧消化工艺。再者是雨水冲击负荷与污泥流失，在污水处理厂的污水量雨天是晴天的2-4倍，是很容易实现出现雨水负荷的情况，这时大量的活性污泥就会转入二沉池，从此造成污泥流失的情况，导致不能使有机物得到了有效降解。因此改进为氧化沟工艺和SBR工艺解决这些问题。氧化沟工艺他是由曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成。氧化沟工艺设计为与水分流的运行模式，污水通过外沟依次进入到内沟以及中间沟，从而使得各个沟内的有机物浓度以及溶解氧度而不同，在除去有机物的同时还实现了除磷脱氮的效果。SBR工艺是可以通过双池或者多池的组合方式进行连续进出水的。SBR具有很强的灵活性，因为SBR在通过反应池的时候其的曝气量和溶解氧的控制来是想不通的处理目标和想要达到的效果。
4 结语
低温条件让污水处理的困难性增加，但是并不是不可解决，只有不断探索更好地优化措施，才能够让污水处理整个系统得以更好运行，才能够让污水的处理效果更好，才能够真正让污水得以净化。
参考文献
[1]韩红桂，张璐，乔俊飞.基于多目标粒子群算法的污水处理智能优化控制[J].化工学报，2017，（04）：69.
[2]张伟，乔俊飞.神经网络的污水处理过程多目标优化控制方法[J].智能系统学报，2016，（05）：56.
[3]乔俊飞，王莉莉，韩红桂.基于ESN的污水处理过程优化控制[J].智能系统学报，2015，（06）：77.
[4]崔育倩. 农村分散式污水处理模式系统及应用研究[D].青岛：青岛大学，2013.
收稿日期：2017-11-20
作者简介 ：田腾（1985-），男，本科，工程师，研究方向为节能环保。
摘要：北方城市因为地理位置原因，出现低温的情况较为明显，这就让污水的处理出现问题，对其产生严重影响，只有对其进行不断优化，才能够让低温条件下的污水处理更为优化。基于此，本文就低温条件下污水处理运行优化路径进行探索，希望可以为污水的更好处理提供借鉴。
关键词：低温条件；污水处理；优化路径
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）01-0040-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.022
Optimization of wastewater treatment operation under low temperature
Tian Teng， Zhou Bin， Wang Xinhai
（Key Laboratory of Water Transportation Environmental Protection Technology and Transportation of Tianjin Institute of Water Transport Engineering， Ministry of Transport， Tianjin 300456，China）
Abstract： It is obvious that the northern cities have low temperatures because of their geographical location， which causes problems in the treatment of sewage and has a serious impact on them. Only by continuously optimizing the sewage treatment can the sewage treatment at low temperature be more optimized . Based on this， this paper explores the optimization of sewage treatment operation under low temperature conditions， hoping to provide a reference for the better treatment of sewage.
Key words： Low temperature conditions； Sewage treatment； Optimization path
1 低溫对污水处理影响
1.1 低温对沉降性能的影响
在对污水进行低温处理的过程中，都是通过微生物的新陈代谢来完成氮的转化而实现的。而氮的转化过程前后分别为：氨化反应、硝化反应、反硝化反应。在进行此处理的过程中，影响因素也是有很多的，温度对微生物的新陈代谢有着重要影响。温度降低，会降低活性污泥中酶的活性，使得微生物生命活动变弱，新陈代谢能力就会降低，从而致使活性污泥的沉降性会越来越差，当温度降低到一定温度的时候，几乎就没有了沉降性，反而达不到低温对污水的处理；当温度升高，微生物的新陈代谢频率就会提高，当温度达到一定温度时，会使活性污泥的沉降性越来越好，达到对污水处理的更高水平，因此在对污水处理的过程中对温度的控制很关键，否则很难实现对污水的有效处理。
1.2 低温对污泥活性的影响
低温的情况下微生物的生命活动变弱以及脱氢酶活性的急速下降，使得活性污泥的活性受到很大的影响。OUR是代表微生物与污水接触后溶解氧气的快慢程度，OUR的降低也就说明了微生物对污水中有机物分解的能力下降，微生物分解能力的下降直接影响污水在低温条件下对污水的处理效果。
1.3 污泥膨胀现象
污泥膨胀现象在北方的冬季是经常发生的一种现象。因为温度过低会使得丝状菌的过度繁殖导致污泥膨胀，污泥膨胀之后，是不易沉降的，膨胀之后的污泥结构十分松散。根据丝状菌的本身独有特点分布浓密，细长，相对于其他的微生物具有更强的捕食能力，并且耐低温环境的能力也是更强的。
2 低温条件下污水处理运行优化路径
2.1 提高污泥活性
在低温情况下，污水池里已经存在了大量的丝状菌，但是污泥中不仅仅只存在了这一种微生物，还有很多其他的微生物在进行着分解的工作，只不过是没有丝状菌的数量多而已，然而污泥的活性是通过微生物分解有机物的形式提高活性的，所以提高其他很多的微生物分解能力也就提高了污泥的活性。那么提高其他微生物的分解活性，可以通过添加生物填料的形式，来增加其他微生物与丝状菌之间的竞争关系，从而有效地解决了丝状菌过度繁殖的现象，其他微生物的可以消耗吸附在细胞便面的糖，有效控制多糖的含量，从而有效地提高污泥活性。
2.2 降低运行负荷和增加曝气量
适当降低运行负荷和增加曝气量是为了控制丝状菌过度繁殖而导致污泥膨胀带来的不好影响。适当的增加曝气量在回流污泥的过程中增加一个曝气构建物，经过曝气构建物在进入曝气池，可以更好地抑制丝状菌过度繁殖。
2.3 运行控制
在北方冬季污水处理厂污水处理效果差主要是温度过低使得污泥活性降低、污泥膨胀等，然而单一的完善措施解决这一问题是很困难的。添加生物填料可以抑制丝状菌的过度繁殖，但是他并不能够改善污泥中其他微生物耐低温的能力，还是没有从根本上提高污泥的活性，过度的降低运行负荷和增加曝气量，也是不利于污水净化的。通过购买生物添加物、增加曝气池，增加了处理厂的污水处理费用，由于北方冬天温度低，很难实现合格的污水排放，污染了合流，增加了治理污染河流的费用。
3 污水处理厂的优化设计
3.1 排水管网
排水管网在污水处理厂优化设计过程中处于首要。排水管网需要在两方面进行优化处理，分别是：排水体制、河流污水的溢流问题两方面。其中排水体制顾名思义就是对污水进行排放的体制，可见排水体制在污水处理厂优化的过程中处于相当重要的地位。因为排水体制是将城市污水直接排出的重要渠道，如果排水体制不进行优化的话会对后期的污水处理添加很大的负担。从而违背现在我国提倡的“环保”措施。结合我国近几年城市污水处理厂的建设情况，应采用混合的合制排水体制，混合的合制排水体制是指将有条件的城市市区或者郊区采用分流制，城市其他大部分还是采用截流式合流制，这样可以更加有效地减轻工程实施的难易程度并且可以紧跟国家发展在环保之路奉献自己的一份力量。合流污水的溢流指的就是合流管道和水渠在被雨水进行稀释使得污水直径达到五到七倍时，会对水体造成危害。因此在下面几个方面对合流污水溢流的问题进行了完善，包含：截流倍数、雨水调整、分流管网雨排水系统连接等。其中截流倍数指的是合流制排水系统在降雨时截取的雨水量和干旱时污水水量的比值。因此我们可以根据接受存储的水体环境容量以及排水系统组成，得到合理的截流倍数，从而使得合流污水的溢流频率以及溢流量减少。雨水储蓄指的是在降雨之后，利用城市的坑塘洼地，在截流重要干管周围修建储蓄池，用来存储可以调节溢流污水的雨水，经过太阳暴晒之后再将溢流的污水送至污水处理厂进行污水处理。分流管网雨排水系统连接指的就是在混合制排水體制的管网系统中，在合流制截流干管的最终溢流井下接入分流制污水干管。实现这些优化设计可以更加有效地进行环境保护。
3.2 污水处理厂设计
污水处理厂设计需要在规模的确定、水量、进水水质、近期建设规模的方面进行优化设计。其中设计规模的确定，实际上进场水量水质偏离设计规模，更是把设计年限的用水量大打折扣进行估算，对设计进水水质只是简单的和其他城市污水处理厂的数据进行类比，缺少现场的基础研究，由此至于污水处理厂实际进场水量水质出现偏离设计规模的现象。因此污水处理厂的设计规模包含了设计的水量以及涉及水水质的浓度，这是污水处理的基础设计，特别要设计的是除磷脱单，在进行此设计的时候，除了要注意污染物的浓度之外还应注意的是污水中营养物的浓度以及碱度等特性。其次是设计水量，水量规模的设计是根据城市近几年来供水节水的统计资料，用实际年的用水量作为基础并通过增长率的方法预测污水处理厂收水范围，从而设计年限的需水量并通过实际测量城市区内主要的排污水口的排水量，用实际测量的污水减系数既可以确定这个污水处理厂的水量规模。再次是设计进水水质，在城市区域内选择几个重要的排污水口，定时定期地对水质进行测量，可以通过加权平衡的方法确定实际污水水质的浓度，用这个浓度作为基础，结合其他监管测量的资料来确定设计其水质。进水水质是与城市产业结构的不同而不同。最后则是近期建设的规模，对于中小型城市的污水处理厂规模不宜过大，因为中小型城市的城市排污水量相比较于大型的城市的排污水量是烧的多的少，处理厂规模大的话，对污水处理的工艺会高要求，对污水处理工程的实施增加难度，从而降低了污水处理的效率，与我国提倡的环保相违背，相对于大城市在进行污水处理厂设计的时候应该分为近期和远期规模，合理进行工程分期的确定，远期规模是污水处理厂的选址依据，那么选址用地的条件应该满足长期处理用地的需要。
3.3 处理工艺优化
处理工艺优化分为两个方面，分别是：处理工艺类型以及选择、雨水冲击负荷与污泥流失这两个方面。其中处理工艺类型以及选择，我们选择活性污泥法，那么活性污泥法有很多种形式分分别为：传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺、氧化沟工艺与SBR工艺这三种形式。传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺这种处理工艺对管理水平的要求很高，因为传统的活性污泥法及其改进型A/O、A2/O、AB工艺他的处理单元比较多，操作起来相对于其他两种工艺复杂，特别是污泥厌氧消化工艺。再者是雨水冲击负荷与污泥流失，在污水处理厂的污水量雨天是晴天的2-4倍，是很容易实现出现雨水负荷的情况，这时大量的活性污泥就会转入二沉池，从此造成污泥流失的情况，导致不能使有机物得到了有效降解。因此改进为氧化沟工艺和SBR工艺解决这些问题。氧化沟工艺他是由曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成。氧化沟工艺设计为与水分流的运行模式，污水通过外沟依次进入到内沟以及中间沟，从而使得各个沟内的有机物浓度以及溶解氧度而不同，在除去有机物的同时还实现了除磷脱氮的效果。SBR工艺是可以通过双池或者多池的组合方式进行连续进出水的。SBR具有很强的灵活性，因为SBR在通过反应池的时候其的曝气量和溶解氧的控制来是想不通的处理目标和想要达到的效果。
4 结语
低温条件让污水处理的困难性增加，但是并不是不可解决，只有不断探索更好地优化措施，才能够让污水处理整个系统得以更好运行，才能够让污水的处理效果更好，才能够真正让污水得以净化。
参考文献
[1]韩红桂，张璐，乔俊飞.基于多目标粒子群算法的污水处理智能优化控制[J].化工学报，2017，（04）：69.
[2]张伟，乔俊飞.神经网络的污水处理过程多目标优化控制方法[J].智能系统学报，2016，（05）：56.
[3]乔俊飞，王莉莉，韩红桂.基于ESN的污水处理过程优化控制[J].智能系统学报，2015，（06）：77.
[4]崔育倩. 农村分散式污水处理模式系统及应用研究[D].青岛：青岛大学，2013.
收稿日期：2017-11-20
作者简介 ：田腾（1985-），男，本科，工程师，研究方向为节能环保。
