城市污水處理廠的主要環(huán)境功能是去除城鎮(zhèn)居民生活排水中的有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物，以防止城鎮(zhèn)居民生活所產(chǎn)生的污水直接進(jìn)入環(huán)境水體造成污染?；谙趸头聪趸瘍刹竭^(guò)程的傳統(tǒng)生物脫氮是大多數(shù)城鎮(zhèn)生活處理廠去除氮的基本過(guò)程。因此城鎮(zhèn)生活污水處理廠的穩(wěn)定和高效的運(yùn)行取決于活性污泥中的微生物組成和功能微生物群的多樣性。現(xiàn)有污水處理廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制是基于對(duì)功能微生物群落最佳參數(shù)的了解和應(yīng)用。根據(jù)傳統(tǒng)的生物脫氮理論，生物脫氮中的硝化作用(將氨氧化為亞硝酸鹽，并進(jìn)一步氧化為硝酸鹽)與氨氧化細(xì)菌和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(分別為AOB和NOB)的良好活性有關(guān)。科學(xué)研究表明溫度是AOB和NOB這兩種細(xì)菌生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，一般來(lái)說(shuō)它們生存的最佳溫度為25~35°C之間，但是對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠來(lái)說(shuō)，很難在四季變化中保持如此高的的水溫，維持AOB和NOB的生物活躍性。這反映在運(yùn)行中，就是在冬季低溫情況下，城鎮(zhèn)生活污水廠的硝化反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)各類問(wèn)題。
 

　　在冬季期間，北方城鎮(zhèn)生活污水的平均溫度在冬季時(shí)間處于9~13°C 之間，從硝化菌的適宜溫度上來(lái)看，這樣的溫度并不適用于硝化菌的生存，但是北方冬季的城鎮(zhèn)污水廠的硝化作用并沒(méi)有停止，冬季期間，出水的氨氮仍然可以維持在較好的水平，在相關(guān)的科學(xué)研究中表明，污水處理廠中細(xì)菌的多樣性隨著運(yùn)行溫度的降低而降低；由于低溫效應(yīng)導(dǎo)致AOB和銨氧化菌 (AOA)多樣性的減少；在一些高寒地區(qū)的污水處理廠的活性污泥以及在 10 ± 2 °C 下運(yùn)行的試點(diǎn)污水處理廠中檢測(cè)到了低濃度的常規(guī)硝化菌，未知的耐溫AOA和異養(yǎng)硝化細(xì)菌被認(rèn)為是冬季保持硝化穩(wěn)定的主要細(xì)菌。這也給污水廠帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題，在冬季低溫情況下，外加的低溫硝化菌是否是主要去除氨氮的細(xì)菌？
 

　　從目前的科學(xué)研究中還不能明確的說(shuō)明適應(yīng)低溫的城市活性污泥的關(guān)鍵硝化細(xì)菌的數(shù)據(jù)，在一些運(yùn)行中的污水廠通過(guò)投加外加的低溫硝化細(xì)菌，對(duì)冬季運(yùn)行期間氨氮的去除效果有改善，但是由于活性污泥內(nèi)部系統(tǒng)的復(fù)雜性，活性污泥中微生物的多樣性，無(wú)法準(zhǔn)確定義出水氨氮的下降是由于投加的低溫菌實(shí)現(xiàn)的。硝化細(xì)菌群落對(duì)溫度波動(dòng)有較高的敏感性，但是通過(guò)控制剩余污泥排放量，控制生物池內(nèi)較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間(SRT)的運(yùn)行模式，可以增加硝化菌落對(duì)低溫變化的適應(yīng)性能。而低溫菌的投加過(guò)程常常需要污水廠采取減少排泥等措施來(lái)維持投加硝化菌的系統(tǒng)停留時(shí)間，這與控制SRT有相同的工藝功能。污水廠在運(yùn)行過(guò)程中的復(fù)雜和時(shí)刻變化的環(huán)境因素，以及污水廠缺少足夠的能力來(lái)判斷活性污泥系統(tǒng)硝化菌的種群數(shù)量在投加前后是否發(fā)生變化，最終很難評(píng)判低溫硝化菌的作用，但是作為工藝的有效補(bǔ)充保障，投加外加菌種是一項(xiàng)較為有效的措施之一。
 

　　除去投加菌種的措施以外，還有就是延長(zhǎng)停留時(shí)間，在相關(guān)的科學(xué)研究表明：對(duì)寒帶地區(qū)的污水處理廠的研究顯示了低溫運(yùn)行污水處理廠是存在典型高硝化活性污泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的，研究發(fā)現(xiàn)在寒帶污水廠中典型的硝化菌屬AOB和NOB豐度非常低，而噬纖維菌目和微球菌目豐度很高，這證實(shí)了在寒冷氣候條件下亞硝酸鹽氧化的重要作用。對(duì)這些具有硝化作用的菌屬的進(jìn)一步研究，當(dāng)溫度急劇波動(dòng)時(shí)，污水停留時(shí)間的延長(zhǎng)可以大幅度提升硝化的效率，因此在多數(shù)污水廠冬季運(yùn)行期間采取的低負(fù)荷運(yùn)行，為污水提供了更長(zhǎng)的停留時(shí)間，這有助于污水廠的冬季硝化作用的提升，當(dāng)然反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)冬季期間運(yùn)行處理水量反而增加的污水廠可能就會(huì)面臨硝化作用下降，氨氮指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　采取填料的方式為硝化菌提供附著場(chǎng)所，也是提升冬季氨氮處理保障的一項(xiàng)措施。AOB和NOB在懸浮的活性污泥系統(tǒng)中含量極低，隨剩余污泥的排放可以快速流失，在工藝運(yùn)行中，大量的排放剩余污泥，或者外回流系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致生物曝氣池內(nèi)污泥濃度快速下降，就很快會(huì)影響到硝化作用，造成出水氨氮超標(biāo)。增加懸浮填料的方式，懸浮填料內(nèi)部形成的生物膜系統(tǒng)，增加了硝化菌的數(shù)量，即使在系統(tǒng)活性污泥中硝化菌數(shù)量減少的同時(shí)，也會(huì)保持填料中的微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，在冬季也能提供多于傳統(tǒng)活性污泥法的硝化菌的數(shù)量。研究表明：盡管運(yùn)行溫度極低，但系統(tǒng)中的屬數(shù)量相對(duì)較多。由于添加了懸浮填料，附著在填料上的生物膜為某些細(xì)菌創(chuàng)造了合適的生存微環(huán)境，一些硝化細(xì)菌(例如Nitrospira、Nitrotoga、Nitrosomonas、Cytophagaceae和Byssovorax)的相對(duì)豐度顯著高于其他樣品。亞硝化單胞菌和亞硝化螺旋菌是活性污泥中最重要的AOB屬，而在20°C的城市廢水中亞硝化單胞菌是主要的AOB構(gòu)成菌屬。而在該填料的生物膜中，亞硝化單胞菌也是5°C和10°C下的主要AOB。亞硝化單胞菌在生物膜上的相對(duì)濃度，可以達(dá)到1.42%和2.16%。研究表明，填料內(nèi)部的微環(huán)境有利于某些屬在極低溫度下的生長(zhǎng)。這可以說(shuō)明在采用MBBR填料的污水廠，冬季對(duì)氨氮的去除能力相對(duì)于傳統(tǒng)的活性污泥工藝有較高的穩(wěn)定性和抗沖擊能力。
 

　　冬季運(yùn)行期間，氨氮對(duì)溫度、外界進(jìn)水負(fù)荷、進(jìn)水水量、進(jìn)水中異常污染物的濃度、污泥濃度等因素的敏感性極高，也常常造成污水廠在冬季期間氨氮去除能力的保證功能差，污水廠要進(jìn)行年度的周期性溫度變化，進(jìn)水水質(zhì)、水量變化、污泥濃度，揮發(fā)性污泥濃度的分析，確定污水廠的邊界運(yùn)行條件，采取預(yù)先的防控措施，實(shí)現(xiàn)冬季氨氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。
 

　　原標(biāo)題：冬季運(yùn)行中出水氨氮敏感性超標(biāo)問(wèn)題探討