我国北方冬季气温普遍较低，冬季城市污程度均温度在10℃左右，特别是我国局部新建城区，有机物含量低且水质水质变化大，对后续处置系统产生不利影响。采用活性污泥法对低温污水实行处置，其微生物吸附才能、沉降性能、生长速率和代谢才能均会受较大影响，污水处置效能显著降低。同时低温环境对设备有损伤，会形成北方地域污水处置厂增加取暖本钱，增加外加碳源(C源)和化学除磷药剂的用量，进而增加了污水处置厂运转本钱。

　　低温城市污水强化生物处置可依据硝化细菌生长特性调控运转参数，增加DO浓度和延长污泥龄。污泥龄在20d时，可减少低温(15℃)的不利影响，并稳定硝化作用。经过投加生物填料，在低温下(7~10℃)，以沸石作为填充物的曝气生物滤池对低温废水中氨氮的去除才能更强。应用开发的嗜冷菌株将其接种在反响器中，实验结果显现氨氮去除效果良好。对A2/O-MBR工业污水处理系统实行了研讨，发现低温下A2/O-MBR系统的硝化速率高于普通A2/O工艺。分段进水多级AO工艺经过合理分配原水中有机物，保证系统反硝化所需C源，无需硝化液回流即可完成脱氮功用。分段进水多级AO工艺具有脱氮效率高、污泥浓度高、节约能源等特性。近年来分段进水多级A/O工艺的研讨不时加深，多级A/O工艺在城市污水处置厂的改造和新建项目中曾经得到普遍的应用，研讨标明：采用JASSFR工艺对TN和TP的去除率可到达81.4%和86.1%。在到达理想TN去除率的同时(大于97%)，为生物除磷发明了良好的厌氧条件，磷的去除率大于98%。

　　流离生化技术是产生于近年内的一种有机废水处置新技术。填料为外表经过特殊处置的汇合体(流离球)。污水在活动中存在着球体外流速快，球体内流速慢的情况，污水中漂浮物集中在流速慢的中央产生流离现象。经过无数次流离作用，使污水中的固体物和有机物胶体与水别离。再分离生化合成，构成了流离生化技术。

　　本研讨以实践污水处置厂冬季运转环境条件为参考，应用分段进水三级A/O活性污泥耦合流离生化技术，完成低温城市污水稳定高效去除污染物。经过调查工艺的低温污水总体去除效率，剖析各隔室内污染物浓度及迁移转化规律。同时调查工艺缺氧反硝化及好氧硝化速率，解析低温条件下多级AO耦合流离生化工艺污染物去除机理。

　　一、资料与办法

　　实验采用分段进水三级A/O反响器(图1)，该安装缺氧池与好氧池体积比为3：4，且各级缺氧池、好氧池沿池长方向分别设为AX1/AX2/OX1/OX2(A代表缺氧隔室、O代表好氧隔室、X代表级数)，缺氧、好氧池底部挡板设有过流孔连通。反响器由有机玻璃制成，总容积为144L，有效容积为126L。二沉池为竖流沉淀池，中心管进水、上部溢流堰排水，污泥从底部排空管定期排放。采用4台爬动泵分别保送原水至各级缺氧池AX1与污泥回流，曝气区采用气泵为系统好氧隔室供气，经过空气流量计控制曝气量。6台机械搅拌器对缺氧区实行搅拌。

　　1.1 运转控制计划

　　实验在低温控制室内实行，控制风机的启停温度分别为9.5~12℃，实测水温为(10±0.5)℃，HRT为8h，进水流量分配比例为3：2：1，污泥回流比控制在50%。进水采用3台爬动泵实行控制，各级均单独控制，每级进水进入各级的第一个缺氧区。污泥回流至第一级缺氧段。

　　1.2 实验污泥及水质

　　本实验研讨采用的接种活性污泥取自长春市某污水处置厂，接种初期污泥浓度为5000mg/L左右。

　　实验原水为模仿城市污水，配水运用的药剂为可溶性淀粉、牛肉膏、蛋白胨、乙酸钠(CH3COONa)、氯化铵(NH4Cl)、硝酸钾(KNO3)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氢氧化钠(NaOH)，药剂纯度均为剖析纯。运转期间配水细致水质参数见表1，C/N值变化范围为5.69~8.68，均匀值为6.85，实验原水配置过程在恒温房间实行，水温坚持在(10±1)℃。

　　1.3 检测项目及办法

　　研讨过程中水质和污泥的检测均参照水和废水监测办法第四版中国标法实行，详细办法如表2所示。

　　生物膜污泥浓度检测：反响器内流离球填料上生物膜污泥浓度的测定采用碱洗法。称重烘干后流离球填料质量为M1。应用超声洗脱法将填料上生物膜剥离，烘干称量为M2。用M1减去M2并除以填料的数量即为单个海绵或KaldnesK3型填料上的膜生物量。并以此来计算每个区域的总生物量，除以区域的有效体积，得到各隔室的生物膜污泥浓度。

　　好氧硝化速率测定：取反响器中好氧隔室内流离球填料及污泥混合液，参加NH4Cl溶液，配制初始ρ(NH4+-N)为18~25mg/L左右，搅拌平均后开启曝气设备。取样测定NH4+-N浓度。计算NH4+-N消减量b，依据测得的NH4+-N浓度与取样时间t的关系，绘出回归曲线，并求出比硝化速率：

　　缺氧反硝化速率测定办法：取多级A/O缺氧区的泥水混合液，参加一定量的硝酸钾(KNO3)和丙烯基硫脲(ATU，抑止亚硝化细菌的活性，从而抑止活性污泥的硝化反响)，控制混合液中的NO3--N初始浓度在20mg/L左右，反响温度控制在10℃左右。测定混合液中NO3--N的浓度，得到NO3--N浓度随时间的变化曲线，应用曲线的斜率r和测定的混合液MLVSS值，由式NUR=r/MLVSS即可求得反硝化速率(mg/(g•h))。

　　二、结果与讨论

　　2.1 反响器内DO与pH值变化状况

　　系统运转稳定后，安装内DO及pH值变化状况见图2，3级好氧池DO均匀浓度分别为1.05，3.23，3.75mg/L，后两级好氧池DO浓度较高，缺氧区DO浓度均低于0.05mg/L，到达缺氧反硝化脱氮请求，DO控制良好是该系统高效脱氮的保证。系统各隔室内pH值维持在7.0左右，系统运转状态良好。

　　2.2 反响器内活性污泥及生物膜污泥浓度

　　反响器内悬浮活性污泥浓度和生物膜污泥浓度如图3所示：分段进水多级A/O系统三级均匀污泥浓度分别为6400，5400，4600mg/L，回流污泥浓度11200mg/L，活性污泥浓度梯度散布明显，契合多级A/O工艺特性，活性污泥浓度较高，标明反响器内微生物数量大，高污泥浓度有利于进步低温污水处置效率，弱化低温污水处置微生物活性低、新陈代谢迟缓等不利影响。

　　反响器内生物膜污泥浓度400~800mg/L之间，沿水流方向逐步升高，这与悬浮活性污泥浓度逐步降低的规律相反，缘由为混合系统中固着相与悬浮相微生物间互为竞争关系，在同一系统中，活性污泥浓度与生物膜污泥浓度变化趋向相反。图中缺氧段生物膜污泥浓度高于好氧段，缘由为缺氧段采用机械搅拌的方式，对填料外表生物膜的震动作用较弱，而好氧区曝气对生物膜的冲击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浓度较缺氧段小。

　　2.3 污染物去除效率

　　2.3.1 COD的去除

　　COD的去除状况如图4所示，在近200d的运转时间内，均匀进水COD为200mg/L，出水COD维持在50mg/L以下，均匀COD去除效率到达90%，标明系统针对低温污水中有机物的去除具有较好的效果。

　　2.3.2 NH4+-N与TN的去除

　　NH4+-N及TN的去除如图5所示，均匀进水NH4+-N浓度为15mg/L，运转初期系统出水NH4+-N浓度较高，运转15d后逐步稳定，稳定阶段出水NH4+-N浓度在0.5mg/L左右，系统NH4+-N去除效率较高，到达90%以上。低温下系统NH4+-N去除效率较高的缘由主要为，投加流离球填料有助于系统中长泥龄微生物(硝化细菌等)在填料外表富集，硝化菌等长泥龄微生物量的增加，补偿低温环境带来的生物活性降落等不利要素，保证系统较高的硝化效率。进水TN均匀浓度为30mg/L，TN去除效率呈现先降落后上升的趋向，运转166d后到达稳定，出水TN浓度维持在7mg/L以下，去除效率到达80%。剖析缘由，运转初期反硝化菌受低温影响，增值迟缓，系统内反硝化菌数量缺乏，活性较低，随着运转时间延长，反硝化菌逐步顺应环境，到达一定数量积聚后，开端显现出反硝化性能。

　　2.3.4 TP的去除

　　多级A/O工艺主要经过排出剩余污泥来完成，即微生物异化作用从水中摄取磷合成有机物并储存能量，经过定期排出沉淀池内的剩余污泥，完成水中磷的去除。如图6所示，进水磷浓度均匀为7mg/L，运转初期磷去除率较低，且不稳定。运转100d后，磷去除率逐步升高并稳定在80%左右，出水磷浓度小于2mg/L。本研讨中进水磷浓度较高，普遍超越了其他研讨中3.0~5.0mg/L的磷浓度，在此条件下去除效率超越80%，阐明经过火区后的分段进水多级A/O工艺具有较好的磷去除才能。

　　2.4 三级AO耦合系统污染物变化规律

　　如图7所示，系统内COD变化较小，分离分段进水形式剖析，原水中有机物进入各级缺氧段，大局部作为反硝化C源被反硝化菌用于反硝化脱氮，少局部进入好氧段。系统NH4+-N的降解主要发作在好氧段，流入每一级的NH4+-N均可以在该级内得到完整去除，各级出水NH4+-N浓度均小于0.5mg/L，同时第3级缺氧段和好氧段NH4+-N浓度均较低，标明3级AO耦合系统第3级存在一定的硝化潜能，有利于进步系统抗NH4+-N冲击才能，保证系统出水NH4+-N浓度稳定。反响器内TN的降解主要发作在缺氧段，经过反硝化作用被去除。同时在好氧段也存在明显的TN降解，主要缘由为好氧段填充了流离球填料，填料内部存在缺氧/厌氧环境，满足硝酸盐反硝化所需的环境条件，填料的投加促进了好氧段同步硝化反硝化反响的实行，进步了系统总体的脱氮才能，特别关于系统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浓度，保证出水水质达标。系统内磷变化规律在不同隔室内存在明显的差别，缺氧段由于存在P的释放，TP浓度较高，第1级缺氧段TP浓度到达20mg/L，随后在好氧段磷得到吸收降低至3mg/L，阐明系统内存在聚磷菌，且并未在系统第3级释放，出水磷浓度较低。

　　2.5 耦合工艺脱氮规律

　　系统各级NH4+-N的来源主要是进水中带入的NH4+-N及由系统上一级未完整硝化剩余的NH4+-N。如表3所示，系统第一级NH4+-N流入量最高，同时去除率也最高，缘由为高底物浓度有利于硝化反响的实行。三级NH4+-N去除率均超越80%，标明流入各级的NH4+-N在本级内得到了较好的去除，无剩余NH4+-N积聚并进入下一级，使各级NH4+-N负荷维持在正常进水程度，同时硝化作用产生的硝态氮和亚硝态氮可以为后续缺氧反硝化提供充足底物，进步各级TN的去除率。

　　分段进水多级A/O耦合流离生化工艺TN的去除包括3个过程，即缺氧反硝化、同步硝化反硝化及异化过程。缺氧反硝化主要发作在多级A/O工艺缺氧段，对进水中及上一级好氧硝化产生的硝态氮和亚硝态氮实行反硝化并生成氮气，同步硝化反硝化主要发作在好氧段，在将流入的有机氮和氨氮氧化成硝态氮的同时，将上一级流入的硝态氮和产生的硝态氮在好氧区内反硝化变成氮气。

　　如表4所示，缺氧段TN去除率最高发作在系统第二级到达46.23%。剖析缘由，第一级好氧段硝化效率最高，产生大量的硝态氮进入第2级缺氧段，混合第2级进水中硝态氮后，缺氧段硝态氮浓度升高，充足的底物浓度促进了反硝化的实行。同理，系统第2级好氧硝化效率最低，第3级进水量最小，故第3级缺氧段硝态氮浓度低于第1级和第2级，TN去除效率最低。好氧段存在明显的同步硝化反硝化反响，其中第1级同步硝化反硝化效率最高，TN去除率到达37.31%，这主要受充足底物浓度的影响。系统同步硝化反硝化作用TN去除率到达26.05%，占系统TN去除率的30%以上，流离球填料的投加，有效的进步了系统同步硝化反硝化性能，促进了系统TN的去除，特别是第三级好氧末段18.03%的TN去除率，有效的降低了系统出水中TN浓度，关于保证多级AO工艺出水水质达标具有重要意义。

　　2.6 系统脱氮速率

　　2.6.1 好氧硝化速率

　　由图8中NH4+-N降解曲线和DO变化曲线可知，NH4+-N的降落“拐点”与DO快速上升的“拐点”所在位置相同，这标明系统NH4+-N降解根本完成，硝化过程完毕，系统耗费DO速率逐步降低，混合液内DO开端快速上升，两条曲线呈现“拐点”时间相同，从侧面考证系统NH4+-N降解完成。

　　表5分离图8可知，3级好氧末段比耗氧硝化速率曲线相关性R2值均超越98%，相关性较好。第一级、第2级和第3级硝化速率逐步降落，标明3级NH4+-N降解才能逐步降落，这与氨氮各级降解总量规律相同。比照3级比耗氧硝化速率数值可知，第二级比硝化速率最高，剖析缘由可能为第二级具有硝化功用的微生物种群浓度高于第一级和第三级，硝化菌浓度的进步直接表现于硝化速率的上升。

　　2.6.2 系统反硝化速率

　　图9中，反硝化速率曲线相关性R2值均超越90%，相关性较好。第1级和第2级反硝化速率曲线均存在明显的3个变化阶段，参照表6混合体系各级缺氧末段比反硝化速率可知，随着反硝化时间的逐步延长，比反硝化速率逐步降低，其中第1级比反硝化速率最大，NO3--N降解速率最快且反响时间较短，反响时间在10~15min左右，其主要缘由一方面是微生物的吸附作用，进水中NO3--N浓度较高，微生物将污水中NO3--N大量吸附到菌体外表以便下一步反硝化处置，另一方面反硝化菌优先应用污水中易生物降解的可溶性有机物作为C源实行反硝化脱氮，此时的反硝化速率与反硝化菌的数量有关。第2阶段反硝化时间最长，同时反硝化速率降低，主要缘由为微生物此时将吸附的NO3--N实行反硝化，吸附作用削弱。污水中易生物降解的可溶性有机物根本耗尽，微生物开端应用水中可迟缓降解的有机物作为电子供体。第3阶段反硝化速率最低，剖析缘由为污水中NO3--N被前2个阶段大量降解，水中剩余NO3--N浓度较低，同时可生物降解的有机C源根本耗尽，微生物经过氧化本身产生的代谢产物作为电子供体实行反硝化，故反硝化速率最低。

　　比照各级比反硝化速率可知，第2级A22隔室第1阶段比反硝化速率最高，根据第1阶段反硝化速率主要取决于反硝化菌的数量这一理论，标明第2级反硝化细菌数量最多，剖析缘由第2级缺氧段流入的NO3--N浓度最高，底物充足，此时反硝化菌大量繁衍，代谢活动频繁增值量大。这一结论考证了系统第2级反硝化TN去除效率最高的规律。比照3级反硝化NO3--N降解曲线可知，各级反硝化时间逐级增加，反硝化速率逐级降低。

　　三、结论

　　3.1 分段进水三级AO耦合流离生化工艺针对低温(10℃)模仿城市污水具有较高的污染物去除率，COD、NH4+-N、TN和TP去除率分别为90%、90%、80%和80%。经过近200d的长时间运转，处置效果稳定。

　　3.2 耦合工艺各级NH4+-N去除效率均超越80%，各级硝化完整产生大量硝态氮，分段进水合理分配C源和N浓度，充足的底物浓度促进反硝化的实行。同时添加流离球填料使好氧段同步硝化反硝化脱氮率到达26.05%，有效降低系统出水中TN浓度。

　　3.3 系统硝化与反硝化速率与微生物量有关，系统第1级硝化速率最高为10.20mg/(L•h)，比硝化速率第2级最高为1.72mg/(g•h)，缺氧末段反硝化速率及比反硝化速率均为第2级最高。