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艺难以满足低温下生化污水厂对低温废水的处理要求，且难以实现达标排放，对环境负荷造成了严重的影响。本文综述了近年来低温废水处理技术的研究现状及进展，并总结了研究活性污泥处理低温废水的可行性理化指标，为进一步研究活性污泥处理低温废水提供理论指导。
1、低温废水处理研究现状
目前，污水处理技术领域的研究已经比较广泛，但是对于低温废水处理技术的应用仍面临较大的挑战。并且在低温废水的生物处理中，微生物对低温废水的污染物的去除依赖于活性污泥微生物的新陈代谢，所以温度作为影响微生物菌群的生长繁殖与代谢活性的重要生态因子对废水生物处理具有重要影响。除调整传统的活性污泥法系统的运行参数如降低负荷、增加水力停留时间、采取一定的保温措施等之外，主要有化学强化混凝、人工湿地强化、投加高效耐冷菌种技术等强化低温污水的处理效果。刘海龙等利用合成新型复合混凝剂(SynthA)在低温(2~5℃)条件下强化混凝对溶解性有机物等去除方面研究时发现，强化混凝能够在一定程度上提高系统对污染物的去除效果。魏作红等低温制备改性纳米降解亚甲基蓝染料废水，取得较好的处理效果。伍海全等筛选培育高效处理低温城市污水的微生物菌种，增强活性污泥耐冷性能，进而强化处理低温城市污水。
由于低温对废水生化处理的不利影响，近年来我国水处理工作者在低温废水生化处理的方面进行了部分研究工作。为解决低温废水难生物降解的问题，生物强化处理技术在废水处理中得到一定的应用。唐子夏等研究发现与陶粒填料的BAF系统相比，陶粒-竹丝复合填料适合微生物附着，低温条件下，复合填料上不同菌种之间的共降解和协同降解作用更为显著，对反应系统内的污染物降解效果更为显著。张琪等在研究低温条件下磁分离与装配式人工湿地组合工艺对小区生活废水的处理时发现，该联合工艺对小区废水中污染物有较好的处理效果，其中COD，NH3-N，TP的去除率分别为86.8%，52.5%，96.8%。张晓飞等研究低温下(7~13℃)多级AO-膜生物反应器(MAO-MBR)工艺对市政废水中有机物和N、P去除效果时发现，出水COD，NH3-N的平均去除率分别为97%和98%，经组合工艺处理后，出水水质达到GB18918—2002的一级A标准。近年，大多数关于提高低温生物废水处理效率的研究都集中在冷适应细菌的驯化或生物强化上。但是，在许多地区，温度是季节性变化的。是否占优势的细菌群落在低温下适应将保持稳定并且在长期温度循环期间遗传仍然存在争议。并且，目前的处理工艺措施具有一定的缺点和不足，不仅会增加工程投资和运行费用，而且在复杂多变的低温环境中抗冷冲击性能得不到保证，还常会引起污泥膨胀等问题。
由于温度对活性污泥微生物个体的生长、繁殖、新陈代谢、生物种群分布和种群数量起着决定性作用，直接影响着冬季污水处理效率的高低，以生化法为主要工艺的污水处理厂的处理效果受到严重的影响。因此，低温成为我国冬季寒冷地区印染废水生物处理工艺最大的限制因素，使得低温(0~10℃)废水处理成为环境水处理领域目前面临的一大难题。
2、低温对活性污泥降解过程的影响
在低温废水的生物处理中，微生物对低温废水的污染物的去除依赖于活性污泥微生物的新陈代谢，所以温度作为影响微生物菌群的生长繁殖与代谢活性的重要生态因子对废水生物处理具有重要影响。
(1)低温对活性污泥沉降性能的影响
低温条件下废水中有机物质的扩散及其沉降变慢，导致废水中丝状菌大量生长，产生污泥膨胀，低温使水中气体的溶解度变大，导致污泥上浮，从而导致活性污泥沉降性能下降。此外，低温会致使污水处理系统中活性污泥微生物释放大量具有亲水性的多糖类胞外聚合物，同样会导致发生污泥上浮的现象。所以在废水的生物处理过程中，活性污泥的沉降性能是使废水处理达到更高水平的关键因素之一。王晓东等在研究城市污水处理厂实际生产活性污泥特性时发现，污水生化处理系统中的反应温度所导致的MLVSS/MLSS值的变化直接影响活性污泥沉降性能。
(2)低温对微生物脱氢酶活性的影响。
脱氢酶是微生物细胞的胞外酶，参与了有机物降解的全过程，是微生物降解有机污染物所必需的酶，所以脱氢酶既可以作为生物体活性的参数，又是微生物细胞对底物降解能力的体现。温度降低会导致活性污泥微生物新陈代谢减弱、脱氢酶活性降低。并且，脱氢酶活性的检测是微生物活性检测中一种灵敏、简单的手段。
邓航等在利用印染废水作为碳源，探究SBR反应器缺氧段、好氧段的酶活性时发现，稳定运行后的SBR反应系统中的脱氢酶活性高于酯酶活性;较之于酯酶，脱氢酶活性与反应系统COD、色度的去除率有着更为显著的相关性。王帆等研究低温(3~15℃)连续流运行曝气池中活性污泥的脱氢酶活性的变化，反应体系中脱氢酶活性整体上随温度的下降呈下降趋势，微生物活性逐渐减弱，代谢速率下降，COD的去除率随之降低。张浩等发现，微氧磁性活性污泥系统在处理废水时的微生物量与脱氢酶活性均比微氧无磁性活性污泥系统中的参数高。王晓东等实验探究得出微生物脱氢酶活性的变化是导致活性污泥沉降性能受温度影响的生物学原因。
(3)低温对磷脂脂肪(Phospholipidfattyacids,PLFA)的影响。
细胞膜是细胞与外界的通道，其流动性是细胞的结构和功能表达的基础，当温度下降时，膜的流动性会随之减弱，从而影响细胞膜的正常生理功能。然而，微生物可以通过改变细胞膜中脂肪酸的成分来调节膜的流动性，以适应在低温恶劣环境下的生存。磷脂脂肪酸(PLFA)为从甲基化活性污泥中提取磷脂后得到的细胞膜中的脂肪酸产物，是活体微生物细胞膜的重要组成成分。微生物细胞自体合成不同组分和链长的PLFA，以维持细胞膜的完整性与响应其直接生存环境的细胞功能。不同类群的微生物中存在某些特定的磷脂脂肪酸，PLFA可以作为鉴定活性污泥系统中微生物量和微生物群落的生物标记。
磷脂脂肪酸分析已经被普遍运用于环境样品中微生物群落的分析。近年来，PLFA分析方法在土壤、生物膜和活性污泥等水处理技术相关的微生物群落结构和功能方面均取得显著的进展。周新程等利用GC/MS分析表面流人工湿地沉积物中提取的PLFA，检测出湿地沉积物中主要形成了以好氧菌、硫酸盐还原菌、放线菌等细菌组成的微生物群落，其中，好氧菌为优势种群。尹勇等研究生态强化法原位净化村镇废水时发现，PLFA分析得到底泥中饱和脂肪酸含量最为丰富，以脂肪酸生物标记量为指标，表明底泥的生态群落中是以假单胞杆菌、好氧细菌为主导。张璐璐等研究直流电场强化活性污泥法处理木质素废水的效能时发现，不同电流强度驯化出不同的微生物群落，实验条件的变化对微生物细胞膜的PLFA产生了显著的影响。NIU等表明，2~4mT的磁感应强度对PLFA多样性具有明显的强化作用，刺激活性污泥微生物细胞合成更多的不饱和脂肪酸来适应低温环境。
3、活性污泥处理低温废水的研究进展
3.1 磁场强化好氧活性污泥处理低温废水
研究表明，一切具有生命活性的生物体都具有磁性，在生命活动过程中都会产生稳定或不稳定的为弱磁场，所以生物磁性与生物特性之间相互关联、相互影响。有文献论证到不同强度(从1mT到1T)的静态磁场(SMF)一定程度上能够影响许多生物系统。磁场强化活性污泥的机理在生物学效应主要表现为：①磁场能够直接影响活性污泥微生物的生长代谢。生命运动、生物化学反应及生物物质分子中存在着许多磁性物质，同时生物体内还存在大量的电子和离子，任何生物都是具有磁性
水处理技术方案，综合对污水进行处理以达到排放标准，从而促进煤化工向绿色生产进行转型。
1、煤化工污水主要来源以及特性分析
1.1 煤化工污水主要来源及组成
臭氧污水处理设备价格质量包您满意煤化工生产过程中主要使用煤炭作为生产原料，进行化学反应将煤炭加工合成得到系列液态、固态以及气态的化学品和燃料，而在制备系列产品的过程中产生的煤化工污水主要就包括醇类、酚类、氨类以及其他污染物，比如煤焦油、COD以及硫化物等。众多的污染物导致煤化工产生的污水情况复杂且具有毒性，处理难度很大，因此必须要采取科学的污水处理方案进行处理，达到排放标准才能够排放，避免对环境和土壤产生破坏。
1.2 煤化工污水特性分析
煤化工企业产生的污水主要是由高浓度煤气洗涤污水为主，其中含有大量的酚类、氰类、油、氨氮等有毒有害的化学组。综合污水的COD值较高，一般在5000mg/L左右，氨氮的含量约为200～500mg/L，污水中含有大量的有机污染物，是典型的难以降解的工业污水。煤化工产生的污水中也有较易降解的有机物，包括酚类和苯类有机物，可降解的有吡咯、萘、呋喃以及咪唑类化合物，而吡啶、咔唑以及联苯等都属于难降解的有机污染物。
2、煤化工污水常见处理技术分析
2.1 煤化工污水的预处理
煤化工产生的污水组分较多且还含有有毒成分，其中包括一些悬浮的油脂类化合物等。在对污水处理前，需要先对煤化工污水进行预处理，能够有利于降低后续处理的难度。在预处理步骤中，经常采用均质沉淀、活性炭吸附技术、气浮技术、氧化技术、隔油以及反渗透技术等，能够除掉一部分容易除去的污染物，为后续处理降低处理难度。
2.2 煤化工污水的生化处理
污水经过起初的预处理后，进行生化处理，主要使用缺氧以及好氧生物法的处理技术，也就是A/O污水处理工艺。A/O工艺主要是通过利用活性污泥中的微生物进行硝化合反硝化作用来对污水中的氮碳等物种被分解，从而达到对污水进行脱氮和脱碳处理的目的。但是，煤化工污水中含有的大量杂环和多环化合物难以通过传统的A/O工艺除去，污水中的COD指标难以达到排放的标准。因此，PACT法、厌氧生物法、流动床生物膜法(CBR)以及曝气生物滤池BAF法等被研发出来，将其用于煤化工的污水处理中。
首先，PACT法是指在活性污泥中掺入活性炭粉末
的，因此外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物体及其生命活动产生不容忽视的影响。外部磁场作用于微生物细胞膜上的蛋白质通道，影响带电离子对细胞膜的渗透交换能力，从而增大物质传递扩散，影响生物体内的代谢作用[38]。②磁场通过提高生物降解所需酶的活性，间接强化废水处理的降解能力。过渡金属原子作为生物酶的成分，许多情况下表现出顺磁特性，磁场通过影响生物体的顺磁原子进而影响酶的活性。
XU等在研究中发现，当将絮状活性污泥系统(10℃)置于7mT静磁场中时，虽然活性污泥比乙酸吸收率降低了29%，但是PHB最高产量和比乙酸产PHB率分别提高32%和28%，其主要原因在于静磁场会促进乙酰CoA导流至PHB的合成过程中，并能够抵消较高乙酸盐浓度和低温对絮状活性污泥系统造成的不利影响。NIU等[33]以葡萄糖为碳源，研究了低温下10~50mT的静态磁感应强度对活性污泥活性的影响，发现稳定运行阶段的COD降解率在不同磁感应强度下呈现不同的变化趋势，但是具有磁场强化的反应器适应于低温环境更快，能够达到更高的COD去除效率。20~40mT的磁感应强度可以强化活性污泥微生物脱氢酶活性适应寒冷环境的活性。在合适的磁感应强度(该研究中为30mT)下，具有较好冷适应性的革兰氏阴性细菌富集，同时确保低温反应器中的微生物具有更好的耐寒性。
3.2 厌氧颗粒污泥处理低温废水
厌氧颗粒污泥是由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌等构成的自凝聚体，其良好的沉淀性能和产甲烷活性是厌氧污泥反应器反应器成功的关键。SCULLYC等在研究低温厌氧颗粒污泥处理低温废水处理效果时发现，当温度逐渐降低至9.5℃时，去除率有所下降，出量升高，但是其甲烷产量仍然可以达到3.3
其次，厌氧生物法是把上流式厌氧污泥床用于污水的处理，该反应装置在底部安装了活性污泥层，煤化工产生的污水从下往上经过厌氧污泥床，因而污水中的有机物被分解，在反应器的上部气固液三相分离，起到污水处理的目的。
另外，流动床生物膜法(CBR)法是指一类负载有特殊填料的生物流化床处理技术，这种处理技术是通过将活性污泥和生物膜法结合使用，并将特殊填料掺入到污泥中，有利于微生物在填料上附着并生长繁殖，形成表面微生物层，这将极大地提高污水处理能力，效率很高。例如，江西某煤化工的污水处理就采用CBR法，在污水经过生物流化床后，对处理后的污水进行检测，结果表明其符合污水排放标准。
最后，曝气生物滤池法(BAF)是指将生物膜法和污泥法有机结合形成一种固定生物膜的反应器，通过物理过滤和生化作用将污水进行处理，在反应池中同时进行处理。该方法用于煤化工污水处理取得了非常好的效果，但由于其成本较高而未得到广泛应用。
2.3 煤化工污水深度处理
在煤化工污水经过生化处理后，其COD指标、氨氮的浓度得以控制，但污水中难以降解的有机物仍然降解，其会影响到废水的色度、浊度以及COD指标，这些都将使其难以达到排放要求。因此，污水还需要进行相应的深度处理，包括固定化生物技术、混凝沉淀法、吸附法和超滤、反渗透等膜处理法。固定化生物技术是指利用具有固定优势的菌种来对污水中的难以降解的有机物进行选择性的分解;混凝沉淀法是指在污水的处理过程中利用混凝剂，增强污水沉降效率，通过调节污水
7，也是导致全厂污水处理排放不达标的主要原因。污水处理场改造之前，先对超稠油减粘污水处理进行研究。
1、减粘污水的来源及水质情况
减粘装置污水包括三块。一是热油泵的冷却水、蒸汽冷凝水、生活污水和装置区初期雨水。二是闪蒸塔顶污水，来自超稠油进装置未脱除的含水、闪蒸塔顶三注水。三是分馏塔顶污水，主要是炉管注水、分馏塔顶三注水。
对减粘装置污水点源水质进行多天的跟踪监测。监测结果是泵的冷却水等属于低浓度污水，易处理。闪蒸塔顶污水属于中浓度污水。分馏塔顶污水中石油类、CODCr、硫化物平均值分别是1897mg/L、85682mg/L、159mg/L，是全厂最劣质的污水。
对闪蒸塔顶污水、分馏塔顶污水进行GC-MS成分分析。闪蒸塔顶污水类居多，与闪蒸过程有关。分馏塔顶污水含有高浓度的烃类、挥发酚、氨氮和硫化物，而常减压蒸馏污水未出现此情况，表明这与超稠油发生轻度热裂解大分子变小分子有关。
2、研究的主要内容及过程
2.1 污水处理工艺的选择
分馏塔顶污水有机物浓度高，难降解，并具有较强的生物毒性，是减粘污水处理的主要难点。单一处理工艺很难达到处理效果，一般需要采用几种工艺的组合才能保证工艺的高效与稳定。基于以上考虑，确定将可生化性差的高浓度污水先进行絮凝气浮和催化臭氧处理;处理后的污水与中低浓度污水混合后采用“气浮-生物膜水解酸化-接触氧化-BAF-臭氧催化”等处理流程。即混合污水通过气浮使进水的油含量小于20mg/L。生物膜水解酸化能够使不可降解的大分子、难溶解CODCr通过断链、开环等作用，分解成小分子、易溶解的有机物，提高可生化性。再通过接触氧化进一步氧化降解CODCr，出水经BAF处理后，再经臭氧催化单元处理使出水CODCr降至50mg/L以下，达到外排指标。
2.2 分馏塔顶污水物化+臭氧催化处理
物化+臭氧催化是一级处理。将高浓度污水通过选择合适的隔油、气浮工艺，筛选出高效混凝剂、助凝剂，回收浮油和沉淀污泥，以提高物化处理对高浓度污水中CODCr、油、硫化物及SS去除率。
取一定的污水水样，先投加破乳剂和无机混凝剂，再投加有机混凝剂，如硫酸铝、聚合硫酸铝铁(PAFS)、聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)等。单一混凝剂很难达到絮凝效果，也可采用几种混凝剂组合投加。在不同pH值下搅拌、静置后取上清液测定其CODCr及油含量值。通过CODCr和油的去除率高低选出高效混凝剂、助凝剂。确定混凝药剂后再进行隔油、浮选试验，浮选后的污水经臭氧催化处理，取试验后的上清液测定CODCr和石油类。
减粘污水经PAC+PAM+PAFS处理沉淀30min后CODCr去除率可达35%，再经气浮后CODCr累计去除率可达78.4%，其主要原因是沉淀无法去除浮油，而浮选破乳则可去除大部分浮油，浮选后的污水经臭氧催化处理后CODCr和石油类降为13760mg/L和27mg/L，净水。
2.3 A/O生物膜处理工艺研究
高浓度污水经物化-臭氧催化处理后，与中低浓度污水按比例混配，混合污水经气浮处理后作为二级A/O生化池进水。A/O生物强化处理分为水解酸化和接触氧化两段，选用组合填料，正式运行时填料上附载生物膜和优势菌，好氧段利用翅片曝气头进行曝气。
试验装置连续正常运行前，首先在水解酸化池和好氧池对微生物进行培养、驯化及挂膜工作。从挂膜的第二天开始CODCr的监测，当CODCr大幅下降时，补充营养，一定比例的含油污水和大粪水，共补充三次，并定期定量补充氮磷。
2.4 BAF-臭氧催化工艺研究
生化段的极限只能将污水CODCr降至90mg/L左右，即使增加停留时间也难以进一步降低CODCr，原因是污水中有些有机物生化手段降解不了，应在生化出水端增加三级化学深度处理工艺。所以在三级深度处理段采用曝气生物滤池(BAF)-臭氧催化的工艺，以便进一步去除水中的CODCr和氨氮。
污水进入BAF生物膜反应器后先进行曝气23h，以去除水中的氨氮，吸附部分CODCr，然后停止曝气和进水1h，打开臭氧按照催化氧化的方式运行1h，待吸附有机物被氧化后再通入大气量空气，停止O段曝气15min进行反洗，完成后进入下一个运行周期。
生化段出水经过BAF-臭氧催化工艺处理后出水CODCr平均值降到37mg/L。平均去除率达到了60%，其主要作用是催化剂，因为如果单独臭氧氧化3h的去除率也只有10%～15%。因此，臭氧催化氧化技术利用附载催化剂和臭氧技
的pH值来对污水中的酸碱性的有机物进行沉降处理，最终达到固液分离的目的。这种方法能够有效除去不溶的悬浮物，改善污水的色度和浊度，吸附法是指利用比表面积大的吸附剂来对污水中的污染物进行吸附，该法由于成本以及可能二次污染无法大规模使用·超滤、反渗透等膜处理法是首先利用双膜技术超滤除去大部分污染物，起到保护反渗透膜的作用，再进行反渗透膜处理，将大部分的有机物处理，对于污水中的COD指标有明显的降低的效果。
例如河北某煤化工企业对于产生的污水采用深度处理，其先将污水进行多介质过滤，包括混凝沉淀等;再利用活性炭吸附对污水进行进一步的处理，最终采用超滤技术和反渗透膜技术来处理污水，使得处理后的污水达到排放标准。
3、煤化工污水处理展望
煤化工污水组分复杂，难以处理，必须要开发出科学合理的污水处理系统，实现处理成本低以及处理效果好的污水处理系统。要强化污水预处理技术，在前期污水预处理中，采取合适的工艺控制污水的毒害。同时，强化生物处理技术，对于活性污泥的研发是污水有效处理的关键，选择合适的微生物进行污水降解。后处理工艺的强化，关系着污水处理能否循环利用，真正实现污水的核心技术。但是目前反渗透膜的成本较高，难以大规模使用。因此，开发高效且便宜的反渗透膜十分紧迫。
L/(g•d)，降解率和比甲烷产率分别达到68mg/(g•d)和12~20mL/(g•d)，表明厌氧颗粒污泥可以耐受较高的负荷，具有处理低温有毒的废水的能力。ENRIGHTAM等通过实验探究发现厌氧颗粒同样具有处理低温甲苯废水的效能，在实验周期内COD和甲苯去除效率分别达到70%~90%和55%~99%，结果表明低温厌氧消化处理含甲苯废水的可行性。并且，TSUSHIMAI等在研究厌氧颗粒污泥处理低温蔗糖废水时，反应器在低温时仍然具有较高的COD去除率，微生物种群结构分析表明在颗粒污泥的表层甲烷螺菌属得到富集，该细菌是一类产甲烷菌，有助于在低环境温度下厌氧地降解蔗糖底物。
