目前，國內外通用的汙水處理技術主要是採用生物法，此方法具有處理徹底、有機物降解率高、二次汙染小、能耗低和運行管理方便等優點。但也存在微生物對環境的適應有要求，特別是水溫受自然環境影響的問題較難解決。冬季運行具有低溫時間長、水溫低、進水汙染物濃度高、汙泥活性較弱等特點，增加了活性汙泥的處理難度，不利於汙水處理的進行。所以，如何保證汙水處理廠冬季正常運行是一個急需解決的重要問題。
冬季低溫對活性汙泥的影響
溫度是一個重要的生態因子，是影響微生物生長與存活的最重要因素之一，對生物個體的生長、繁殖、新陳代謝及生物種群分布和種群數量起著決定作用。此外，溫度對活性汙泥的絮凝沉降性能、曝氣池充氧效率以及水的粘度都有較大影響。
1. 微生物增殖
溫度是影響微生物生長的一個重要因子。溫度太低，可使原生質膜處於凝固狀態，不能正常地進行營養物質的運輸或形成質子梯度，因而生長不能進行。
圖 生長速率和溫度的關係
溫度對微生物生長的影響具體表現在：
(1)影響酶活性。溫度變化影響酶促反應速率，最終影響細胞合成。
(2)影響細胞膜的流動性。溫度高，流動性大，有利於物質的運輸；溫度低，流動性降低，不利於物質運輸。因此溫度變化能影響營養物質的吸收與代謝產物的分泌。
(3)影響物質的溶解度。微生物總體上生長溫度範圍較廣，但對每一種微生物來講只能在一定的溫度範圍內生長。
每種微生物都有3個基本溫度：最低生長溫度，低於這種溫度微生物不再生長繁殖；最適生長溫度，在此溫度時生長速率最快；最高生長溫度，在此溫度以上微生物生長停止，出現死亡。微生物有各自的最適溫度，一般是在20~70℃左右。個別微生物可在200~300℃的高溫下生活。
2. 微生物代謝
由於低溫引起微生物酶促反應速度下降，必將導致活性汙泥活性降低，使得生物處理反應速率下降。
圖 溫度對酶促反應速率的影響
儘管已證明嗜冷性微生物在低溫下具有較高的汙染物降解能力，並且已分離到幾種耐低溫酵母菌，但是由於嗜冷性微生物種類較少，且汙水中的生物量也少，易在活性汙泥中流失，所以其汙染物去除能力沒有很好的發揮出來。
又由於汙水處理中的微生物大多數是適溫微生物，適溫微生物的最低生長溫度為10℃，低於10℃時，起主要降解作用的中溫菌已經失去了降解有機物的能力，而冷適微生物由於世代時間較長，並且受自身生理特性和各種生態因子的抑制作用，在數量上不能達到一定的程度，在量與質上並未形成優勢群體，從而導致了生物處理效果的降低。因此，低溫條件下市政汙水廠活性汙泥中微生物種群數量少、活性低、分解有機物能力弱、處理效率低、出水水質差。
3. 汙泥吸附作用
水溫在5℃以下時，溫度對活性汙泥初期吸附作用影響較大，水溫愈低愈明顯。0℃時初期吸附作用不明顯，5℃的吸附曲線初期吸附作用較高，隨著溫度的升高，初期吸附效果變好。
這是因為適冷微生物所分泌的細胞外聚合物變少以及酶催化作用的減少降低了生化反應速度，低溫時微生物本身代謝功能也逐漸減弱，吸附在活性汙泥表面上的有機物，不能很快被降解，未降解的有機物在活性汙泥吸附表面上有所積累，在一定程度上改變了被多糖類粘液層包覆的吸附表面的性質，汙泥的表面活性恢復的較慢，從而降低了活性汙泥的吸附作用。如果延長生物反應時間，溫度對於COD 去除率的影響將逐漸減少。這可以認為總吸附表面積不會因水溫降低而減少，這就保證了低溫吸附去除作用繼續存在。
4. 汙泥的沉降
低溫條件下活性汙泥的沉速較小，常溫條件下活性汙泥的沉降性能明顯好於低溫條件下活性汙泥的沉降性能。主要原因如下，常溫條件下的中溫菌分泌的胞外聚合物較多，使汙泥的絮體結構密實、大小適中，容易形成大塊絮狀體沉澱下來，因此具有良好的沉降性能。而低溫條件下能夠代謝外源物質的中溫菌的數量少，活性低。冷適應微生物的數量雖然有所上升但和常溫條件下的中溫菌相比數量較少，活性也較低。
所以低溫條件下微生物菌群的分泌能力低，胞外聚合物的數量大為減少，微生物間的相互作用變弱，從而導致活性汙泥顆粒細碎，不易形成大顆粒絮狀體，常常是細小的泥粒等速共沉，沉速較小，溫度越低這種現象越明顯。從水質特點上分析，低溫環境下，水的粘滯性增高，固體顆粒沉降阻力增大，降低了泥水分離效果，沉澱後的上清液仍有細小的懸浮顆粒隨出水帶走。
5. 汙泥的膨脹
有關研究表明在寒冷地區城市汙水廠，除低氧、低負荷外，溫度也確是影響汙泥膨脹的重要因素。專家通過對膨脹汙泥的顯微觀察和生化分析認為微絲菌屬的小胸蟲在低溫條件下會引起汙泥膨脹。此細菌適合的生長環境是低溫、低負荷，在這種環境下它的絲特別長，具有疏水性特點。低溫導致絲狀菌的過度生長是寒冷地區冬季和春季汙泥膨脹的主要原因。
6. 汙泥的脫水
對於低溫運行的活性汙泥，顆粒密度是影響汙泥比阻的主要因素，而對於常溫活性汙泥，顆粒大小才是影響汙泥比阻的主要因素。同時，低溫下絲狀菌的大量出現導致了汙泥絮體疏鬆、密度減小，進一步導致汙泥比阻和沉降指數增大。與常溫運行活性汙泥相比，低溫運行活性汙泥所攜帶的負電荷少而具有更高的親水性；低溫活性汙泥的胞外分泌物中含有更多的粘性物質，使汙泥的壓縮性降低而難於沉降。
冬季活性汙泥系統運行指南
1. 加強汙水處理廠的過程管理
從細處入手確保各個汙水處理單元充分發揮應有的功能。對出現的故障和問題，應及時發現、及時分析和解決。避免小問題和小故障得不到解決，拖成大問題，影響整個系統的穩定運行。須特別注意因為格柵 、沉砂池 、水解酸化池 、汙泥脫水機等運行不正常，從而加重了生化處理系統的負擔，引起生化系統運行不正常，造成出水不穩定的問題，這些狀況需要引起足夠重視並加以改進。
汙水處理廠應結合自身工藝運行的運行規律、汙泥的性狀、汙染物的降解變化規律等生化系統的具體情況；結合進水水質 、水量的日變化、月度變化等情況。通過適當的工藝優化調整，確保足量處理汙水、出水水質穩定達標，同時節能降耗優化運行成本。
2. 調整運行參數
冬季汙水處理廠進水濃度普遍偏高、水溫較低、活性汙泥活性較弱，反應速度較慢，汙水處理廠需結合自身工藝和進水特徵進行生產運行參數調整 。
具體參考如下：
a、以生活汙水為主的廠可控制略低的F/M 、以工業廢水為主的廠宜控制較低的F/M，宜控制在0.03--0.08kgBOD5/kgMLSS·d。
b、根據自身工藝特點，進行適當的曝氣控制。在保證所有單元格曝氣充足前提下將DO值控制在 2.0～3.5mg/L ，不宜過高。如曝氣過量，可能引起汙泥系統活性不強、性狀不佳、沉降性能較差等問題，還增加了運行成本。
c．保證預處理單元的正常工作，保證 生化池各單元格中汙泥MLVSS/MLSS 、SV30 、SVI在正常範圍。
d．根據具體工藝運行情況，對內外回流量、回流比等參數進行調整。
e．適當提高汙泥濃度MLSS，在細菌代謝能力下降的前提下，使總量的汙泥代謝能力能保持穩定。
3. 保證脫氮效果
在生物脫氮過程中，含氮化合物在微生物作用下相繼發生下列反應：氨化反應一硝化反應一反硝化反應，最終以N2形式從汙水中脫離。
硝化反應的適宜溫度是 20～30℃，15℃以下時，硝化速度下降，5℃時完全停止。反硝化反應的適宜溫度是 20~ 40℃，低於15℃時，反硝化菌的增殖速率降低，代謝速率也降低。東北地區冬季的汙水溫度在10℃左右甚至更低 ，遠遠達不到硝化菌及反硝化菌的最適溫度 ，對氮的去除效率有很大程度的影響。
硝化細菌比反硝化細菌更易受到低溫的影響，導致硝化反應不足，低溫運行過程中如果控制不當極易出現NH3-N不穩定的情況。可通過適當提高MLSS，增加汙泥齡(宜控制在15～25天)。適當增加曝氣可以起到一定程度的保持水溫的效果，並且可以提高DO ，是一種常用的控制NH3-N處理效果的方法。NH3-N處理的關鍵是硝化細菌，應保持處理系統 的穩定運行 ，不能受到嚴重衝擊 ，否則冬季硝化細菌很難恢復。
4. 控制汙泥膨脹
冬季低溫運行時因汙泥活性降低 、工藝運行不正常極易出現汙泥膨脹的問題。
此時的汙泥膨脹具有三個顯著的特點：一是發生率極高，有60％的城市汙水處理廠每年都發生汙泥膨脹；二是普遍性，在各種類型的活性汙泥工藝中都存在，甚至最不易發生汙泥膨脹的間歇式曝氣池也發生了這一問題；三是危害嚴重，它不僅使汙泥流失 、出水懸浮物(SS )超標 ，而且還大大降低了處理能力。
一旦發生汙泥膨脹則很難控制或需要相當長的時間才能恢復。應對汙泥膨脹應控制好適當的汙泥負荷，不宜過低。有厭氧區選擇區的工可以利用生物選擇功能抑制絲狀細菌的生產 ，避免汙泥膨脹。工藝運行人員應對汙泥性狀進行及時了解，當SVI超過150時，應引起足夠重視。必要時可投加化學藥劑進行控制。人工合成的高分子陽離子多聚物對控制汙泥膨脹的效果較好 ，而且對產泥量的影響很小，但是費用很高。在一些情況下，投加無機絮凝劑(如石灰或三氯化鐵)效果也不錯，但會使產泥量大大增加，給後續的汙泥處理帶來一定的困難。另外，投加泥土和纖維質也適用於一些工業廢水的處理(如造紙廢水)，但這也只是一種短期行為。
氯和過氧化氫已經在抑制絲狀菌生長方面有了成功的應用。由於氯相對便宜且易於現場操作，因此應用得較為廣泛，有超過50％的汙水處理廠利用氯來控制絲狀菌引起的汙泥膨脹。加氯的目的是為了殺死附著在絮體微生物表面的絲狀菌，但這兩類細菌對氯的敏感性沒有明顯的差別，因此氯的投加量要控制到剛好能殺死絲狀菌而不能傷害到絮體微生物，如果過量同樣不利於改善汙泥性能。
5. 合理控制藥劑投加
處理過程中有高效沉澱池或化學處理單元的汙水廠，運行過程中應首先考慮應強化生化系統的處理汙染物，再採取化學處理來把關。避免過分依靠化學處理來維持水的穩定，通過化學處理將產生大量的化學汙泥 ，如處理不及會導致系統的惡性循環。
投加藥劑必須規範加藥流程和制度，由專人負責加藥管理；每天不斷時段的加藥量，必須結合二沉池水狀況、燒杯實驗數據以及出水在線數據等的情況；合理調節，避免藥劑浪費。
6. 嚴控進水指標
冬季進水量相對較少，工業汙水比例有所提高，應加強進水源頭的控制。一旦發現進水在線數據異常時，運行人員應立即現場查證，一旦確定進水汙染物偏高的異常情況，應採用應急措施處理，並留下證據，及時與主管部門溝通 ，必要時以書面形式進行報告。
7. 加強汙泥脫水管理
冬季汙泥活性差，給汙泥脫水系統的運行管理帶來難度，脫水汙泥的含水率不易控制。應加強汙泥濃縮、脫水系統的運行管理，並根據生產需要合理安排脫水機的運行；保證生化系統維持適當MLSS。切忌避免由於脫水機運行不正常，引起剩餘汙泥(或化學汙泥)在處理系統中惡性循環，導致進入生化系統的濃度升高，同時給活性汙泥帶來不良影響。
同時對絮凝劑的用量進行積極探索，可開展小試摸索規律 ，儘量使用自來水進行配藥，降低PAM用量。因冬季配藥水溫低，嚴重影響聚丙烯醯胺的溶解，可以考慮在配藥罐、配水管、水箱處加裝加熱裝置，以提高水溫。
8. 加強設備及儀器養護
冬季下雪、上凍後，對設備設施的維護保養工作將從室外工作轉入室內工作，應提前做好關鍵設備的維護保養和維修工作，特別是對曝氣和排泥系統進行系統的檢修，保障關鍵設備冬季不大故障，如這些設備在冬季出現故障，帶來的損失和檢修難度將成倍增長。
在運行中還應確保在線儀表設施(進水COD 、NH3-N以及過程控制中的DO 、PH等)的正常運行，保證數據獲取和上傳做到準確有效，以便充分發揮在線儀表的監控作用，及時發現和調整出現的異常情況。
文章來源：清啦環保圈公眾號（qinglahuanjing)