本文转载自微信公众号：给水排水 作者：刘强
本文根据中国市政工程东北设计研究总院有限公司刘强高工在2017排水大会题为：低温环境下污水处理厂稳定达标探讨的演讲整理而成，未经本人审阅。
每到冬季的时候，污水处理厂的达标出水水质很差，以前设计标准很低一级B现在慢慢变成一级A，又升级北京B标北京A标，随着排放标准的逐渐增加，对污水处理厂的达标排放尤其在冬季的时候低温的达标排放带来了很大的难度。
目前我国大部分污水处理厂均广泛采用活性污泥法工艺，也有部分污水处理厂采用生物膜法处理工艺，核心思想都是利用微生物的新陈代谢作用达到处理污水的目的。
在我国东北地区冬季（11月~4月，最冷月份12月下旬~1月上旬），室外温度最低可达-30~-40摄氏度，进入污水处理厂的污水一般在8~10摄氏度，个别污水收集管网不完善的区域进厂温度甚至更低。
低温对微生物活性的影响
在污水的生化处理工艺中，污水温度过低对微生物的新陈代谢速率影响很大，国内外的很多研究也都证实：
在污水温度小于20°时，微生物菌胶团对有机物的降解速率、硝化反硝化速率就开始下降；
在污水温度小于12°时，微生物菌胶团对有机物的降解速率、硝化反硝化速率显著下降；
在污水温度小于8°时，微生物菌胶团的硝化、反硝化活动受到明显抑制甚至停止。
工程设计背景
根据国务院颁布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）及住房城乡建设部《环境保护部关于印发城市黑臭水体整治工作指南的通知》、《吉林省水污染防治目标责任书》，长春市的母亲河--伊通河流域水体治理目标：
（1）2017年消除黑臭水体；
（2）2020年达到地表水V类标准。
应伊通河流域水环境改善与水生态修复的需要，对东南污水处理厂进行改造及扩建，改造后出水水质执行北京地方排放标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11 890-2012) 中B标准。
东南污水处理厂位于长春市伊通河流域治理的最上游，担负着为伊通河及污水处理厂东侧的南溪湿地公园提供补给水源的重任。
东南污水处理厂由华北市政院设计，于2010年正式通水运行，主要接收长春市净月经济开发区、南部新城区的生活污水，目前已接近满负荷运行。设计规模10万吨/天，采用“底曝氧化沟+深度处理（混合、沉淀、V滤）工艺”。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A标准。
我们对周边服务区进行了预测，这次规模是扩建五万吨，对现有十万吨进行升级，方案设计之初对水质一年300多个指标进行了分析和比对，最终选择在保证率90%的情况下水质指标，其他指标都可以看出属于典型的生活污水，着重说进数温度7度，在12月下旬到次年4月份基本维持在10摄氏度以下，在这个温度下想稳定达标就对二级生化提出了很高的要求。
水量预测及进水水质分析
1、水量预测：根据东南污水处理厂服务区域及长春市生活用水量情况，进行预测： 近期至2020年东南污水处理厂设计规模为15万吨/天；远期至2030年设计规模为25万吨/天。
2、水质分析：根据东南污水厂2015年1月~2016年3月共378个水质监测数据，选取保证率为90%情况下的进水水质指标作为污水进水水质的依据，得出东南污水处理厂设计进水水质如下：
污水处理程度
东南污水处理厂设计出水水质执行标准：北京地方排放标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11 890-2012) 中B标准。
根据伊通河流域治理，对伊通河排放标准来说，因为东南污水处理厂位于伊通河的上游，从整个水环境容量计算最终确定按照北京地标进行排放，可以看出北京地标除了总氮之外较原来都有很大的提升，尤其是氨氮在原来基础上还要达到70%的数据。
低水温下污染指标达标排放的可行性分析（进水温度：7℃）
在种情况下我们在设计之初首先对各个污染物的稳定达标进行了逐一分析，在污水处理厂的有机物的达标COD、BOD在生化段不是问题，低温有一定的影响但是影响不大基本上可以满足，对于色度增加的是臭氧出色基本上也能达标没有问题。
（1）COD、BOD5：
通过二级生化处理去除，辅以传统混凝、沉淀、砂滤工艺进一步降低SS及附带有机物、深度处理后出水进行臭氧氧化，去除水中的色度及部分有机物。
（2）NH4-N达标排放面临的挑战：
设计污水温度7 ℃（低于8 ℃时，硝化菌的新陈代谢会受到明显抑制）；
比一级A标准更严格的出水指标（5mg/L→1.5mg/L）；
老系统改造（改造原有底曝氧化沟生化池10万吨/天）和新系统（新建生化池5万吨/天）建设的有机结合。
工艺选择：
IFAS工艺(泥膜共生系统)，悬浮填料的投加为硝化菌的生长提供了载体，在同样容积的生化反应池内增加额外的硝化菌数量，低温条件下生物膜上生长的硝化菌比混合液中的硝化菌具有更高的生物活性，且不必担心硝化菌在池内的平均细胞停留时间。同时生物膜的剥落和接种能够增加混合液中的硝化菌比例。
曝气生物滤池工艺：采用前置反硝化（DN池）+二级碳化、硝化（C池和N池）曝气生物滤池，初衷仍然是考虑到低温下生物膜法有更好的硝化效果。
最终选择IFAS工艺（内蒙乌拉特中旗、赤峰等污水处理厂的成功应用）
（3）TN：在生化池内实现总氮的达标排放（ ≤ 15mg/L），反硝化菌对温度的适应范围较大（5~40 ℃ ），但低水温时反应速率也明显下降。
通过阿伦尼乌兹公式计算反硝化所需要的脱氮速率：
温度系数 θ 依据排水规范为 1.08，
20 ℃时的K20一般选择中间值 0.045 kgNO3/kgMLVSS.d
设计参数：
污泥龄：SRT=19.5d（硝化菌最小世代时间的2.1倍）；
平均水力停留时间：HRT=19h;
混合液悬浮固体浓度：4gMLSS/L；
脱氮速率Kde(T)：0.017 kgNO3/kgMLVSS.d
IFAS工艺是基于泥膜工艺，在好氧区添加悬浮填料强化脱氮作用，这个图画的比较简单，前面有预缺氧段、厌氧段，东南厂的投加比例是30%，通过计算最终核算的脱氮速率。停留时间19小时，核算完污泥负荷是0.05。
IFAS生化池设计中重点关注的问题：
a.悬浮填料能够在生化池内成功挂膜；悬浮填料制造厂商采用的原材料、制作工艺的不同，差别很大。
b.悬浮填料能够在池内形成较好的流态化效果，避免形成死区在池内堆积。
c.对预处理提出更严格的要求，细格栅栅条间隙不大于3mm。
（4）TP和SS：
生化池受限于脱氮除磷的矛盾，厌氧区对TP的去除有一定的贡献率，剩余大部分TP选择投加PAC药剂去除，采用“同步除磷”和“后置除磷”，分别投加于二沉池进水端和深度处理混合段。低温下水的运动粘度系数变大，应提高相应的混合搅拌强度。
SS：在深度处理段投加PAC，通过混合、斜板沉淀、砂滤去除，选择较低的液面负荷参数。
（5）色度：
深度处理后出水中残余的胶体颗粒、腐质质影响了水
的色度，将臭氧通入接触池内，对这些残余物质进行氧化去除。满足
出水排放的色度要求（小于等于15）。
一期的改造工艺路线如图，主要改造部分是对二级生化处理投加生物填料，增加IFAS工艺。
如图是新建部分完成的新的工艺，现在厂的初建工程基本已经完成，预计在明年5月份可以正常通水。
1、适当降低生化池的有机负荷、二沉池表面负荷；
2、在水力流程允许的条件下，将池体尽可能的埋于地下，起到冬季保温的效果；地面以上池体外壁贴发泡保温棉（厚度100~80mm）；
3、尽量减少散热面积，生化池有效水深一般选择6.0~7.0m。
4、污泥回流比一般取上限值，便于冬季加大污泥回流量，维持生化池内高的生物量。
5、鼓风机空气管道缠保温棉，便于冬季保温。
要点分析
生化处理系统的运行调节
1、在每年9月份~10月份逐步完成耐冷细菌的驯化。
2、减少剩余污泥排放量，提高生化池内混合液悬浮固体浓度，抵抗冬季低温下微生物活性的减弱，表观上维持较高的污染物去除率。 东南污水处理厂冬季生化池MLSS浓度约5000~6000mg/L。
3、控制生化池曝气量，减少由于大量曝气对水的热量散失。
4、对于此次设计的IFAS系统（泥膜共生），混合液对污染物的去除率和悬浮填料生物膜对污染物的去除率将形成动态平衡。
污泥处理系统投药量的调节
低温运行时活性污泥所携带的负电荷较少，从而具有较高的亲水性，胞外分泌物含有较多的粘性物质，污泥难于压缩、沉降。
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