簡述低溫條件下污水生物脫氮處理研究進(jìn)展

    目前，生活污水，工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染造成的氮污染使中國水體富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重，嚴(yán)重?fù)p害生活質(zhì)量和人民生活。生物氮的去除通常是常用的處理方法，但中國東北地區(qū)的冬季氣候非常寒冷，廢水的平均溫度約為10℃，與硝化和反硝化官能團(tuán)的適當(dāng)生長溫度有很大不同。

    生物脫氮處理的效果已經(jīng)降低，甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。如何在低溫環(huán)境下保持生物脫氮的有效穩(wěn)定運(yùn)行是當(dāng)前脫氮研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

    一、低溫污水生物脫氮研究進(jìn)展

    為了確保廢水處理設(shè)施在低溫條件下的穩(wěn)定運(yùn)行，采取了一些措施，例如改進(jìn)建筑物的熱絕緣，延長停水時(shí)間，減少污泥負(fù)荷。然而，這些儀器將大大增加廢水處理設(shè)施的設(shè)備和操作費(fèi)用，從而造成沉重的負(fù)擔(dān)。

    從哲學(xué)的角度來看，生物脫氮過程的微生物是一種微生物，其宏觀表達(dá)是一種操作方法。因此，手工根本解決了這個(gè)問題。

    1.1低溫微生物強(qiáng)化

    微生物參與生物脫氮，提高低溫功能微生物的活性和增加生物量的根本問題是低溫微生物的濃縮。

    低溫微生物的濃縮包括通過人工過濾、濃縮和馴化獲得耐寒的單細(xì)菌或微生物混合物的種群，研究它們的脫氮特性，生產(chǎn)在目標(biāo)環(huán)境中以某種形式的生物制劑，改善功能性微生物的活性和生物量，并終確保低溫廢水凈化系統(tǒng)的正常和穩(wěn)定運(yùn)行本發(fā)明的目的在于防止微生物的大規(guī)模侵蝕，并逐漸成為工程應(yīng)用中的一個(gè)重要工具。異構(gòu)性硝酸鹽抗菌（AEN）和氧硝酸鹽抗菌（AEN）越來越多地被考慮在內(nèi)。

    1.1.1低溫微生物

    根據(jù)大生長溫度和大生長溫度，低溫微生物可以分成熱敏和耐寒的細(xì)菌。低于0℃且適宜的生長溫度低于15℃且不能在20℃以上生長的微生物可以在低溫下通過其自身的特異的再生機(jī)制生長。

    適應(yīng)低溫環(huán)境的冷適應(yīng)性調(diào)節(jié)，特別是通過改變膜中脂質(zhì)的組成、對冷沖擊應(yīng)激反應(yīng)、調(diào)節(jié)低溫酶、調(diào)節(jié)DNA轉(zhuǎn)錄和翻譯以及SY對低溫蛋白進(jìn)行摻雜。與冷凍細(xì)菌相比，冷凍性細(xì)菌的容量可以在低溫下從環(huán)境溫度中分離出來，其生態(tài)分布比細(xì)菌的分布更廣泛。制冷劑，因此更適合于廢水的生物化學(xué)處理。

    1.1.2耐冷菌強(qiáng)化研究

    耐冷菌因在低溫下具有良好的生長與代謝性能而成為低溫微生物強(qiáng)化的重要參與者。正常情況下耐冷菌在系統(tǒng)中數(shù)量較少，需要研究人員進(jìn)行人工分離、篩選與鑒定，并將其投加系統(tǒng)形成耐冷菌強(qiáng)化或?qū)ξ⑸镞M(jìn)行低溫馴化使其適應(yīng)低溫環(huán)境。當(dāng)前國內(nèi)研究主要集中在耐冷菌篩選馴化與特性研究以及耐冷菌固定化投加等方面。

    1.1.3氨氧化微生物研究

    氨氧化微生物包括氨氧化細(xì)菌（AOB）和氨氧化考古細(xì)菌（AOA），它們在濕地凈化水和氮循環(huán)中起著重要作用。在人造濕地中氧化氨微生物的分解和豐富，以及它們的群落利用分子儀器的演變。AOC對溫度變化更敏感，氨去除率的變化與溫度變化密切相關(guān)。

    1.2低溫脫氮工藝優(yōu)化

    低溫脫氮方法的優(yōu)化包括兩個(gè)主要元件，即參數(shù)優(yōu)化和基于異營養(yǎng)氧氮化物厭氧脫氮理論的傳統(tǒng)脫氮方法的創(chuàng)新。自我維持的UE，例如通過延長污泥年齡，減少污泥負(fù)荷或調(diào)整厭氧或厭氧工藝來提高工藝的低溫脫氮效應(yīng)。

    結(jié)合新的生物脫氮理論的方法，包括基于短期硝化理論的沙龍方法、基于厭氧氧化理論的anamox方法和相關(guān)的自營養(yǎng)脫氮理論本發(fā)明涉及短期硝化和厭氧氧化，如基于亞硝酸鹽的自營養(yǎng)工藝和碳工藝的自營養(yǎng)硝化。

    ①基于自養(yǎng)好氧硝化- 異養(yǎng)缺氧反硝化理論的傳統(tǒng)脫氮工藝優(yōu)化當(dāng)前我國污水處理廠多采用基于自養(yǎng)好氧硝化- 異養(yǎng)缺氧反硝化理論的常規(guī)脫氮工藝。

    根據(jù)郭靜波對東北三省13 個(gè)重點(diǎn)城市的32 座典型城市污水處理廠進(jìn)行調(diào)查總結(jié)，東北地區(qū)污水處理廠采用的工藝以A/O 工藝和SBR 工藝( 含CAST 等變種工藝) 為主，分別占36% 和25%，其次是生物膜工藝( 15%) 和自然生物處理工藝( 9%)。

    ②短程硝化反硝化理論低溫脫氮研究短程硝化反硝化工藝因縮短了反應(yīng)歷程，在硝化段可減少高達(dá)25%的氧氣消耗量，在反硝化段可減少40%的碳源需求，大幅降低運(yùn)行費(fèi)用，其中SHARON 工藝是該理論的代表之一。

    然而，低溫條件下氨氧化細(xì)菌( AOB) 生長速率低于亞硝酸鹽氧化細(xì)菌( NOB) ，系統(tǒng)無法完成對NOB 的自然淘汰，并導(dǎo)致亞硝酸鹽無法積累，使得該工藝受到嚴(yán)重抑制，低溫條件下如何運(yùn)行短程硝化反硝化工藝成為研究熱點(diǎn)。

    實(shí)時(shí)自動(dòng)控制對于優(yōu)化短程硝化反硝化工藝有重大作用( 中試規(guī)模的城市污水常溫、低溫短程硝化反硝化) ，常用參數(shù)包括pH 值、氧化還原電位ORP、溶解氧DO 和耗氧速率OUR 等。Q. Yang等以pH 值作為主要參數(shù)，利用實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)運(yùn)行SBR 反應(yīng)器，探索了常溫與低溫下短程硝化反硝化的運(yùn)行效果。

    在11. 9 ～ 26. 5 ℃范圍內(nèi)，反應(yīng)器成功啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行180 天，亞硝酸鹽積累率平均為95%。FISH 技術(shù)分析表明，AOB 成為反應(yīng)器中優(yōu)勢種群，污泥微生物種群結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了低溫下短程硝化反硝化的穩(wěn)定長期運(yùn)行。

    ③厭氧氨氧化理論低溫脫氮研究

    厭氧氨氧化工藝( ANAMMOX) 因具有較高效率與節(jié)約能耗的優(yōu)點(diǎn)成為目前研究熱點(diǎn)之一，但其較長的啟動(dòng)期與對運(yùn)行溫度的嚴(yán)格要求使其具有一定局限性。

    二、問題與展望

    對低溫廢水中的生物脫氮進(jìn)行的研究取得了一些成果，但問題仍然存在：大規(guī)模的研究更多地局限于實(shí)驗(yàn)室測試，缺少用于E設(shè)施的操作數(shù)據(jù)。目前正在進(jìn)行或可能是大規(guī)模進(jìn)行的匯編；研究過程集中在少數(shù)類別，如SBR、A2/O，而沒有對其他工藝，如MBR等進(jìn)行深入研究（a）缺乏關(guān)于高密度廢水的試驗(yàn)性研究氮配給，例如主要集中在家庭廢水或家庭廢水中的城市廢水，以及工業(yè)廢水或滲透過濾器；由于缺乏實(shí)際應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室結(jié)果在項(xiàng)目現(xiàn)場的“臨界轉(zhuǎn)變”。