AAO工艺入冬前的污泥置换工作的探讨

　　AAO进入冬季之前，有一个非常值得重视、但很多污水厂没有系统开展的操作：入冬前适当加大剩余污泥排放，通过“主动脱泥—新生污泥补充—逐步驯化”的方式，对活性污泥进行一次季节性更新。这里所说的“污泥置换”，与传统意义上的“外部接种污泥”完全不同。它不需要从其他污水厂拉污泥进来，也不是为了增加池内MLSS。这个置换的实质可以用四个步骤来概括：第一步是主动降低系统中的部分老污泥；第二步是利用正常进水中的有机物和氨氮，促进新的微生物生长；第三步是让新生污泥在秋季逐渐降低的水温条件下完成适应；第四步是在真正进入冬季之前，把系统从“夏季污泥结构”逐渐调整为更适合冬季运行的污泥结构。因此，这个过程更准确地说应该叫：入冬前活性污泥更新或季节性污泥置换。它的核心不是“换进来什么菌”，而是：把夏季形成的、已经经历较长时间高温运行的部分老污泥主动退出系统，让新的污泥在降温过程中逐步接替。
 

　　既然要考虑入冬前的污泥更新，就首先要明确为什么夏季形成的污泥到了冬季，需要考虑“更新”。这里同样需要先纠正一个容易产生误解的说法。不能简单说：“夏季污泥不适应冬季。”因为活性污泥并不存在一个明确的“夏季污泥”和“冬季污泥”两个物种。真正发生变化的是：污泥年龄、微生物群落结构、细胞活性以及不同功能菌群的相对比例。夏季水温较高，通常具有以下特点：微生物生长速度快；异养菌繁殖速度快；有机物降解速率高；污泥更新速度快；硝化菌虽然能够较快生长，但在较短SRT条件下也可能维持稳定；系统对短期运行波动的恢复速度较快。
 

　　进入秋季以后曝气池的水温25℃→20℃→15℃→10℃一路下降，系统的生物动力学条件逐渐改变。特别是硝化菌，其最大比增长速率会随着温度降低而明显下降。这时如果池内仍然存在大量夏季长期积累的老污泥，就可能出现一个问题：MLSS看起来很高，但真正具有较高活性的年轻污泥比例不足。所以冬季前的污泥更新，实际上是在解决：“污泥总量”和“有效生物量”之间的矛盾。
 

　　但是污水厂的运维人员也会问为什么系统里明明有很多污泥，或者说老污泥很多，怎么还不是意味着冬季硝化能力强？这是污泥置换最需要理解的一个概念。假设某AAO池：MLSS=4500mg/L，这是一个比较中规中矩的略高的污泥浓度，很多运行人员看到4500mg/L，会简单认为冬季污泥生物量够了。但实际上4500mg/L只是污泥总量，是MLSS的浓度，从MLSS的成分分析其中存在较高比例的有：死亡细胞；惰性物质；难降解有机物；无机颗粒；内源代谢产生的残余物；那么真正能够参与快速生物反应的部分并没有想象中那么多。因此应该进一步看MLVSS/MLSS的比值。
 

　　举一个简单的例子：情况A：MLSS：4500mg/L，MLVSS：3000mg/L，则：MLVSS/MLSS=67%；情况B：MLSS：4500mg/L，MLVSS：2200mg/L，则：MLVSS/MLSS=50%。两套系统虽然MLSS完全相同，但有效有机生物量显然不同。对于冬季来说MLVSS占比反映了真正能处理的微生物数量，因此冬季不能只追求池子里有多少泥，还要考虑这些泥有多少是活的、有效的、正在生长的。
 

　　接下来我们还是要确认污水厂为什么入冬前要主动“脱一部分老泥”？核心原因是：给新生污泥腾出生态空间。如果一个污水厂长期处于：高MLSS + 低排泥状态，那么池内污泥年龄会不断增加。尤其是一些小型污水厂，经常存在：污泥长期不排；MLSS逐渐升高；SRT实际无法计算；污泥颜色变深；污泥沉降性能变化；污泥泡沫堆积；MLVSS/MLSS下降等问题。如果一直不排泥，系统并不会因为“泥越来越多”而无限增强处理能力。相反，可能逐渐形成：老污泥越来越多，新生污泥越来越少。而入冬前主动脱泥，就是人为打破这种状态。
 

　　污水厂进行污泥置换”的真正逻辑可以用一个非常简单的模型理解。假设污水厂原来有：10000kg污泥。其中：老污泥：7000kg；相对年轻、活性较好的污泥：3000kg。如果长期低排泥：老污泥继续积累。而如果在入冬前通过剩余污泥系统进行阶段性强化排泥：假设逐步排出：那么池内污泥量下降。随后，在正常进水条件下：COD/BOD不断进入系统。异养菌开始增殖。与此同时：NH_4-N不断进入好氧区。硝化菌也开始在系统内持续生长。于是这个污泥置换过程就是：
 

　　"排出部分老污泥" →"降低平均污泥龄" →"促进新生污泥形成" →"秋季低温环境下逐步驯化" →"形成冬季污泥群落"
 

　　这就是所谓“污泥置换”的真正含义。
 

　　对于污泥置换的概念明确以后，污水厂运维管理者要确认这个过程一定要放在入冬前。这是因为如果到了12月份才开始大规模脱泥，可能会导致微生物难以适应突然的低温变化。从我国温带地区的五水厂生化池水温统计来看，进入到秋冬季的气温变化范围是：10月：20~18"℃" ，11月：18~15℃，12月：15~12℃。如果10月份进行污泥更新，新生污泥是在：18"℃"→15"℃"→12"℃" 的渐进降温环境中成长。它有一个非常重要的优势：微生物不是突然面对低温，而是在不断降低的温度下逐步完成适应，在这个温度转换阶段，新生成的活性污泥具有更强的生长和更新特征。尤其是在秋季水温从20℃逐渐下降到12～15℃的过程中：异养菌继续生长；硝化菌继续繁殖；污泥絮体不断更新；微生物群落受到低温选择；适应较低温度的菌群逐渐获得竞争优势。这就相当于自然完成一次：季节性生物选择。因此污水厂真正应该做的是：在秋季通过人为的排泥给这个自然选择过程创造条件。而不是等冬季到来以后再人为“救菌”。这与12月份突然大幅排泥完全不同，大大减少了环境突变对微生物造成的影响。
 

　　污水厂在进行季节性的污泥置换时，一定要进行精细化的管理，不是一次性猛排的外科手术式的方式进行。这一点非常重要。如果把：SRT=20d的系统突然大规模排泥，使其瞬间变成：SRT=5~7d，那么实际上可能把硝化菌直接大量排走。这与冬季保种的目标完全相反。一定要明确入冬污泥置换不是把泥排得越多越好，污泥浓度凝越低越好，而是在可控范围内提高污泥更新速度。应该形成：排泥—观察—恢复—再排泥的阶梯式过程。
 

　　在污水厂的运行管理中，污泥置换要采取稳妥的排泥措施来进行：假设某AAO厂夏季：MLSS：3000～3500mg/L；SRT：10～12 d；水温：22～25℃。进入10月后生化池内的水温进入到18～20℃区间。这时不应该立即把污泥全部推翻。可以按照以下思路操作。
 

　　第一阶段：启动更新：适当增加排泥量。目标：SRT从夏季较短水平向冬季目标逐步过渡。
 

　　第二阶段：控制污泥总量：在排泥过程中观察：MLSS；MLVSS；SVI；NH₄-N；NO₂-N。如果MLSS快速下降，而NH₄-N开始升高，应立即减缓排泥。
 

　　第三阶段：促进新生污泥：保持正常进水和合理曝气，不要在这个阶段又把污泥过度排走。让系统经过："生长"→"絮凝"→"成熟"→"再选择" 逐步形成新的活性污泥。
 

　　第四阶段：进入冬季保种：当新生污泥逐步建立后，再降低排泥强度。最终使：SRT进入冬季运行区间。所以整个过程不是：排泥→空池 →重新培养。而是：边排边生、边生边选、边选边稳。
 

　　在进行污泥置换过程中会出现短暂的污泥浓度降低，有些厂一看到：MLSS:4000→3300mg/L就马上认为：“污泥少了，赶紧补回来。”实际上，如果正在实施入冬污泥更新，适度的MLSS下降可能是计划的一部分。因为：污泥置换的目的本身就是主动减少部分老污泥。但这里必须强调：MLSS下降必须在可控范围内。污水厂要设定一些参数作为污泥置换过程中的判断依据；比如在排泥过程中同时出现：NH₄-N升高；NO₂-N升高；SVI恶化；DO不足，那么就不能继续强化排泥。
 

　　运维人员可以参照上表对照厂内需不需要进行入冬前的污泥置换工作，如果这些指标全部正常，那么没有必要为了“入冬”而机械开展大规模污泥置换。
 

　　对于正常城市生活污水AAO，可以把“置换”理解为一次污泥龄重构。从运行控制角度，更准确的表达是：▭("夏季" SRT→"秋季过渡" SRT→"冬季" SRT)在这个过程中：通过阶段性增加排泥，降低一部分夏季老污泥；通过正常生物反应产生新生污泥；通过逐步降温让新生污泥经历低温驯化；最后通过提高SRT把适应冬季的污泥保留下来。因此所谓“污泥置换”，其实就是：污泥龄结构的季节性重构。
 

　　对于一个AAO工艺的污水厂来说，活性污泥入冬的置换过程实际上可以形成一个完整闭环：
 

　　夏季长期运行→老污泥比例逐渐增加→适当强化排泥→减少部分夏季老污泥正常进水条件下新生污泥增加→水温从20℃逐步下降→新生污泥逐步经历低温选择→硝化菌逐步富集、适应→进入冬季前提高SRT→保留已经形成的冬季适应型污泥→冬季的稳定硝化。这就是AAO工艺中入冬污泥置换的完整生物学逻辑。
 

　　但是在污水厂实际操作前还是要进行厂内的各类数据的一个详细的核算，结合厂内之前冬季运行工况，污水厂要注意的要点有：生化池水温在冬季会下降多少？污水厂现阶段的硝化系统的硝化能力怎样，硝化菌AOB、NOB还能承担多少氨氮？生化池好氧段的曝气装置工况怎样，DO和曝气能力够不够？完成硝化以后，系统的pH和碱度有没有安全裕度？夏季形成的老污泥比例是不是过高？当前SRT是不是已经偏长？MLVSS/MLSS是不是在下降？入冬前是否有必要进行阶段性强化排泥？强化排泥以后，能不能利用正常进水让新生污泥重新建立？
 

　　污水厂要进行AAO工艺的冬季运行准备，要确认上述问题后在进行，上述的问题很多是精细化管理才会积累的数据，因此要去实施精细的工艺操作的前提是有精细的数据积累。
 

　　入冬污泥置换绝不是“把夏季污泥全部换掉”。准确的工程表述应该是：通过入冬前阶段性调整剩余污泥排放强度，降低部分长期高温运行形成的老化污泥比例，同时利用正常进水条件促进新生污泥形成，并使新生污泥在秋季逐渐降低的水温环境中完成微生物群落调整和低温适应，最终通过合理提高冬季SRT，将适应低温运行的有效生物量保留在系统内。它实际上是：("“主动排老”" +"“自然生新”" +"“低温驯化”" +"“冬季保留”" )，而不是：("“外运旧泥”" +"“外购新泥”" )。这也是为什么污泥置换一定要在生化池水温真正跌到冬季低温之前完成。到了12月份再大规模脱泥，已经不是“入冬污泥置换”，而很可能变成了对冬季硝化系统的一次人为冲击。对AAO而言，真正理想的状态不是冬天池里有最多的泥，而是：在水温真正跌下来之前，池里已经完成了一轮污泥更新；当低温到来时，留下来的正是经过秋季降温过程、已经逐渐适应低温的有效生物量。
 

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