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(yè)廢水和農(nóng)業(yè)非點源污染造成的氮污染使中國水體富營養(yǎng)化日益嚴重，嚴重損害生活質(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的適當生長溫度有很大不同。

生物脫氮處理的效果已經(jīng)降低，甚至達不到標準。如何在低溫環(huán)境下保持生物脫氮的有效穩(wěn)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(shè)施在低溫條件下的穩(wěn)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(shè)施的設(shè)備和操作費用，從而造成沉重的負擔。

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。

pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極制造商，必將為中國的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。我們美國BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極，S400-RT33 pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，測試準確，廣泛應(yīng)用于各級環(huán)保污水監(jiān)測以及污水處理過程。

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(chǎn)在目標環(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(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(huán)境溫度中分離出來，其生態(tài)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(xué)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(tǒng)中數(shù)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(tǒng)形成耐冷菌強化或?qū)ξ⑸镞M行低溫馴化使其適應(yīng)低溫環(huán)境。當前國內(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菌（AOB）和氨氧化考古細菌（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 個重點城市的32 座典型城市污水處理廠進行調(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(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(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)，利用實時控制系統(tǒng)運行SBR 反應(yīng)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(nèi)，反應(yīng)器成功啟動并穩(wěn)定運行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，實現(xiàn)了低溫下短程硝化反硝化的穩(wěn)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(jié)約能耗的優(yōu)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。