簡述低溫條件下污水生物脫氮處理研究進展

    目前，生活污水，工業廢水和農業非點源污染造成的氮污染使中國水體富營養化日益嚴重，嚴重損害生活質量和人民生活。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的適當生長溫度有很大不同。

    生物脫氮處理的效果已經降低，甚至達不到標準。如何在低溫環境下保持生物脫氮的有效穩定運行是當前脫氮研究的熱點和難點。

    一、低溫污水生物脫氮研究進展

    為了確保廢水處理設施在低溫條件下的穩定運行，采取了一些措施，例如改進建筑物的熱絕緣，延長停水時間，減少污泥負荷。然而，這些儀器將大大增加廢水處理設施的設備和操作費用，從而造成沉重的負擔。

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

    1.1低溫微生物強化

    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菌或微生物混合物的種群，研究它們的脫氮特性，生產在目標環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的正常和穩定運行本發明的目的在于防止微生物的大規模侵蝕，并逐漸成為工程應用中的一個重要工具。異構性硝酸鹽抗菌（AEN）和氧硝酸鹽抗菌（AEN）越來越多地被考慮在內。

    1.1.1低溫微生物

    根據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制生長。

    適應低溫環境的冷適應性調節，特別是通過改變膜中脂質的組成、對冷沖擊應激反應、調節低溫酶、調節DNA轉錄和翻譯以及SY對低溫蛋白進行摻雜。與冷凍細菌相比，冷凍性細菌的容量可以在低溫下從環境溫度中分離出來，其生態分布比細菌的分布更廣泛。制冷劑，因此更適合于廢水的生物化學處理。

    1.1.2耐冷菌強化研究

    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化的重要參與者。正常情況下耐冷菌在系統中數量較少，需要研究人員進行人工分離、篩選與鑒定，并將其投加系統形成耐冷菌強化或對微生物進行低溫馴化使其適應低溫環境。當前國內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菌（AOB）和氨氧化考古細菌（AOA），它們在濕地凈化水和氮循環中起著重要作用。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。

    1.2低溫脫氮工藝優化

    低溫脫氮方法的優化包括兩個主要元件，即參數優化和基于異營養氧氮化物厭氧脫氮理論的傳統脫氮方法的創新。自我維持的UE，例如通過延長污泥年齡，減少污泥負荷或調整厭氧或厭氧工藝來提高工藝的低溫脫氮效應。

    結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方法和相關的自營養脫氮理論本發明涉及短期硝化和厭氧氧化，如基于亞硝酸鹽的自營養工藝和碳工藝的自營養硝化。

    ①基于自養好氧硝化- 異養缺氧反硝化理論的傳統脫氮工藝優化當前我國污水處理廠多采用基于自養好氧硝化- 異養缺氧反硝化理論的常規脫氮工藝。

    根據郭靜波對東北三省13 個重點城市的32 座典型城市污水處理廠進行調查總結，東北地區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歷程，在硝化段可減少高達25%的氧氣消耗量，在反硝化段可減少40%的碳源需求，大幅降低運行費用，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菌( AOB) 生長速率低于亞硝酸鹽氧化細菌( NOB) ，系統無法完成對NOB 的自然淘汰，并導致亞硝酸鹽無法積累，使得該工藝受到嚴重抑制，低溫條件下如何運行短程硝化反硝化工藝成為研究熱點。

    實時自動控制對于優化短程硝化反硝化工藝有重大作用( 中試規模的城市污水常溫、低溫短程硝化反硝化) ，常用參數包括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，利用實時控制系統運行SBR 反應器，探索了常溫與低溫下短程硝化反硝化的運行效果。

    在11. 9 ～ 26. 5 ℃范圍內，反應器成功啟動并穩定運行180 天，亞硝酸鹽積累率平均為95%。FISH 技術分析表明，AOB 成為反應器中優勢種群，污泥微生物種群結構得到優化，實現了低溫下短程硝化反硝化的穩定長期運行。

    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約能耗的優點成為目前研究熱點之一，但其較長的啟動期與對運行溫度的嚴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行的研究取得了一些成果，但問題仍然存在：大規模的研究更多地局限于實驗室測試，缺少用于E設施的操作數據。目前正在進行或可能是大規模進行的匯編；研究過程集中在少數類別，如SBR、A2/O，而沒有對其他工藝，如MBR等進行深入研究（a）缺乏關于高密度廢水的試驗性研究氮配給，例如主要集中在家庭廢水或家庭廢水中的城市廢水，以及工業廢水或滲透過濾器；由于缺乏實際應用，無法實現。實驗室結果在項目現場的“臨界轉變”。