目前，国内外通用的污水处理技术主要是采用活性污泥法，此方法具有处理彻底、有机物降解率高、二次污染小、能耗低和运行管理方便等优点。但也存在微生物对环境的适应有要求，特别是水温受自然环境影响的问题较难解决。冬季运行具有水温低、污泥活性较弱等特点，增加了活性污泥的处理难度，不利于污水处理的进行。所以，如何保证污水处理厂冬季正常运行是一个急需解决的重要问题。
1、冬季低温对活性污泥的影响
温度是一个重要的生态因子，是影响微生物生长与存活的最重要因素之一，对生物个体的生长、繁殖、新陈代谢及生物种群分布和种群数量起着决定作用。此外，温度对活性污泥的絮凝沉降性能、曝气池充氧效率以及水的粘度都有较大影响。
1、微生物增殖
温度是影响微生物生长的一个重要因子。温度太低，可使原生质膜处于凝固状态，不能正常地进行营养物质的运输或形成质子梯度，因而生长不能进行。
细菌生长速率和温度关系
温度对微生物生长的影响具体表现在：
(1)影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。
(2)影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输；温度低，流动性降低，不利于物质运输。因此温度变化能影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。
(3)影响物质的溶解度。微生物总体上生长温度范围较广，但对每一种微生物来讲只能在一定的温度范围内生长。
每种微生物都有3个基本温度：最低生长温度，低于这种温度微生物不再生长繁殖；最适生长温度，在此温度时生长速率最快；最高生长温度，在此温度以上微生物生长停止，出现死亡。微生物有各自的最适温度，一般是在20~70℃左右。个别微生物可在200~300℃的高温下生活。
2、微生物代谢
由于低温引起微生物酶促反应速度下降，必将导致活性污泥活性降低，使得生物处理反应速率下降。
温度对酶促反应速度的影响
尽管已证明嗜冷性微生物在低温下具有较高的污染物降解能力，并且已分离到几种耐低温酵母菌，但是由于嗜冷性微生物种类较少，且污水中的生物量也少，易在活性污泥中流失，所以其污染物去除能力没有很好的发挥出来。
又由于污水处理中的微生物大多数是适温微生物，适温微生物的最低生长温度为10℃，低于10℃时，起主要降解作用的中温菌已经失去了降解有机物的能力，而冷适微生物由于世代时间较长，并且受自身生理特性和各种生态因子的抑制作用，在数量上不能达到一定的程度，在量与质上并未形成优势群体，从而导致了生物处理效果的降低。因此，低温条件下市政污水厂活性污泥中微生物种群数量少、活性低、分解有机物能力弱、处理效率低、出水水质差。
3、污泥吸附作用
水温在5℃以下时，温度对活性污泥初期吸附作用影响较大，水温愈低愈明显。0℃时初期吸附作用不明显，5℃的吸附曲线初期吸附作用较高，随着温度的升高，初期吸附效果变好。这是因为适冷微生物所分泌的细胞外聚合物变少以及酶催化作用的减少降低了生化反应速度，低温时微生物本身代谢功能也逐渐减弱，吸附在活性污泥表面上的有机物，不能很快被降解，未降解的有机物在活性污泥吸附表面上有所积累，在一定程度上改变了被多糖类粘液层包覆的吸附表面的性质，污泥的表面活性恢复的较慢，从而降低了活性污泥的吸附作用。如果延长生物反应时间，温度对于COD 去除率的影响将逐渐减少。这可以认为总吸附表面积不会因水温降低而减少，这就保证了低温吸附去除作用继续存在。
4、污泥的沉降
低温条件下活性污泥的沉速较小，常温条件下活性污泥的沉降性能明显好于低温条件下活性污泥的沉降性能。主要原因如下，常温条件下的中温菌分泌的胞外聚合物较多，使污泥的絮体结构密实、大小适中，容易形成大块絮状体沉淀下来，因此具有良好的沉降性能。而低温条件下能够代谢外源物质的中温菌的数量少，活性低。冷适应微生物的数量虽然有所上升但和常温条件下的中温菌相比数量较少，活性也较低。所以低温条件下微生物菌群的分泌能力低，胞外聚合物的数量大为减少，微生物间的相互作用变弱，从而导致活性污泥颗粒细碎，不易形成大颗粒絮状体，常常是细小的泥粒等速共沉，沉速较小，温度越低这种现象越明显。从水质特点上分析，低温环境下，水的粘滞性增高，固体颗粒沉降阻力增大，降低了泥水分离效果，沉淀后的上清液仍有细小的悬浮颗粒随出水带走。
5、污泥的膨胀
有关研究表明在寒冷地区城市污水厂，除低氧、低负荷外，温度也确是影响污泥膨胀的重要因素。专家通过对膨胀污泥的显微观察和生化分析认为微丝菌属的小胸虫在低温条件下会引起污泥膨胀。此细菌适合的生长环境是低温、低负荷，在这种环境下它的丝特别长，具有疏水性特点。低温导致丝状菌的过度生长是寒冷地区冬季和春季污泥膨胀的主要原因。
6、污泥的脱水
对于低温运行的活性污泥，颗粒密度是影响污泥比阻的主要因素，而对于常温活性污泥，颗粒大小才是影响污泥比阻的主要因素。同时，低温下丝状菌的大量出现导致了污泥絮体疏松、密度减小，进一步导致污泥比阻和沉降指数增大。与常温运行活性污泥相比，低温运行活性污泥所携带的负电荷少而具有更高的亲水性；低温活性污泥的胞外分泌物中含有更多的粘性物质，使污泥的压缩性降低而难于沉降。
2、冬季活性污泥系统的运行指南
1、加强污水处理厂运行的全过程管理
从细处入手确保各个污水处理单元充分发挥应有的功能。对出现的故障和问题，应及时发现、及时分析和解决。避免小问题和小故障得不到解决，拖成大问题，影响整个系统的稳定运行。须特别注意因为格栅 、沉砂池 、水解酸化池 、污泥脱水机等运行不正常，从而加重了生化处理系统的负担，引起生化系统运行不正常，造成出水不稳定的问题，这些状况需要引起足够重视并加以改进。污水处理厂应结合自身工艺运行的运行规律、污泥的性状、污染物的降解变化规律等生化系统的具体情况；结合进水水质 、水量的日变化、月度变化等情况。通过适当的工艺优化调整，确保足量处理污水、出水水质稳定达标，同时节能降耗优化运行成本。
2、调整运行参数
冬季污水处理厂进水浓度普遍偏高、水温较低、活性污泥活性较弱，反应速度较慢，污水处理厂需结合自身工艺和进水特征进行生产运行参数调整 。
具体参考如下：
a、以生活污水为主的厂可控制略低的F/M 、以工业废水为主的厂宜控制较低的 F/M ，宜控制在 0.03--0.08kgBOD5/kgMLSS·d。
b、根据自身工艺特点，进行适当的曝气控制。在保证所有单元格曝气充足前提下将DO值控制在 2.0～3.5mg/L ，不宜过高。如曝气过量，可能引起污泥系统活性不强、性状不佳、沉降性能较差等问题，还增加了运行成本。
c．保证预处理单元的正常工作，保证 生化池各单元格中污泥MLVSS/MLSS 、SV30 、SVI在正常范围。
d．根据具体工艺运行情况，对内外回流量、回流比等参数进行调整。
e．适当提高污泥浓度MLSS，在细菌代谢能力下降的前提下，使总量的污泥代谢能力能保持稳定。
3、保证脱氮效果
在生物脱氮过程中，含氮化合物在微生物作用下相继发生下列反应：氨化反应一硝化反应一反硝化反应，最终以N2形式从污水中脱离。
硝化反应的适宜温度是 20～30℃，15℃以下时，硝化速度下降，5℃时完全停止。反硝化反应的适宜温度是 20~ 40℃，低于15℃时，反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率也降低。东北地区冬季的污水温度在10℃左右甚至更低 ，远远达不到硝化菌及反硝化菌的最适温度 ，对氮的去除效率有很大程度的影响。
硝化细菌比反硝化细菌更易受到低温的影响，导致硝化反应不足，低温运行过程中如果控制不当极易出现NH3-N不稳定的情况。可通过适当提高MLSS，增加污泥龄(宜控制在15～25天)。适当增加曝气可以起到一定程度的保持水温的效果，并且可以提高DO ，是一种常用的控制NH3-N处理效果的方法。NH3-N处理的关键是硝化细菌，应保持处理系统 的稳定运行 ，不能受到严重冲击 ，否则冬季硝化细菌很难恢复。
4、控制污泥膨胀
冬季低温运行时因污泥活性降低 、工艺运行不正常极易出现污泥膨胀的问题。
此时的污泥膨胀具有三个显著的特点：一是发生率极高，有60％的城市污水处理厂每年都发生污泥膨胀；二是普遍性，在各种类型的活性污泥工艺中都存在，甚至最不易发生污泥膨胀的间歇式曝气池也发生了这一问题；三是危害严重，它不仅使污泥流失 、出水悬浮物(SS )超标 ，而且还大大降低了处理能力。
一旦发生污泥膨胀则很难控制或需要相当长的时间才能恢复。应对污泥膨胀应控制好适当的污泥负荷，不宜过低。有厌氧区选择区的工可以利用生物选择功能抑制丝状细菌的生产 ，避免污泥膨胀。工艺运行人员应对污泥性状进行及时了解，当SVI超过150时，应引起足够重视。必要时可投加化学药剂进行控制。人工合成的高分子阳离子多聚物对控制污泥膨胀的效果较好 ，而且对产泥量的影响很小，但是费用很高。在一些情况下，投加无机絮凝剂(如石灰或三氯化铁)效果也不错，但会使产泥量大大增加，给后续的污泥处理带来一定的困难。另外，投加泥土和纤维质也适用于一些工业废水的处理(如造纸废水)，但这也只是一种短期行为。
氯和过氧化氢已经在抑制丝状菌生长方面有了成功的应用。由于氯相对便宜且易于现场操作，因此应用得较为广泛，有超过50％的污水处理厂利用氯来控制丝状菌引起的污泥膨胀。加氯的目的是为了杀死附着在絮体微生物表面的丝状菌，但这两类细菌对氯的敏感性没有明显的差别，因此氯的投加量要控制到刚好能杀死丝状菌而不能伤害到絮体微生物，如果过量同样不利于改善污泥性能。
5、合理调整药剂投加
处理过程中有高效沉淀池或化学处理单元的污水厂，运行过程中应首先考虑应强化生化系统的处理污染物，再采取化学处理来把关。避免过分依靠化学处理来维持水的稳定，通过化学处理将产生大量的化学污泥 ，如处理不及会导致系统的恶性循环。投加药剂必须规范加药流程和制度，由专人负责加药管理；每天不断时段的加药量，必须结合二沉池 水状况、烧杯实验数据以及出水在线数据等的情况；合理调节，避免药剂浪费。·
6、严控进水指标
冬季进水量相对较少，工业污水比例有所提高，应加强进水源头的控制。一旦发现进水在线数据异常时，运行人员应立即现场查证，一旦确定进水污染物偏高的异常情况，应采用应急措施处理，并留下证据，及时与主管部门沟通 ，必要时以书面形式进行报告。
7、加强污泥脱水系统管理
冬季污泥活性差，给污泥脱水系统的运行管理带来难度，脱水污泥的含水率不易控制。应加强污泥浓缩、脱水系统的运行管理，并根据生产需要合理安排脱水机的运行；保证生化系统维持适当MLSS。切忌避免由于脱水机运行不正常，引起剩余污泥(或化学污泥)在处理系统中恶性循环，导致进入生化系统的浓度升高，同时给活性污泥带来不良影响。同时对絮凝剂的用量进行积极探索，可开展小试摸索规律 ，尽量使用自来水进行配药，降低PAM用量。因冬季配药水温低，严重影响聚丙烯酰胺的溶解，可以考虑在配药罐、配水管、水箱处加装加热装置，以提高水温。
8、加强设备及仪器保养
冬季下雪、上冻后，对设备设施的维护保养工作将从室外工作转入室内工作，应提前做好关键设备的维护保养和维修工作，特别是对曝气和排泥系统进行系统的检修，保障关键设备冬季不大故障，如这些设备在冬季出现故障，带来的损失和检修难度将成倍增长。
在运行中还应确保在线仪表设施(进水COD 、NH3-N以及过程控制中的DO 、pH等)的正常运行，保证数据获取和上传做到准确有效，以便充分发挥在线仪表的监控作用，及时发现和调整出现的异常情况。
