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物、氮、磷等營養(yǎng)物，以防止城鎮(zhèn)居民生活所產生的污水直接進入環(huán)境水體造成污染。基于硝化和反硝化兩步過程的傳統(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程。因此城鎮(zhèn)生活污水處理廠的穩(wěn)定和高效的運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)有污水處理廠的設計和運行控制是基于對功能微生物群落最佳參數(shù)的了解和應用。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，并進一步氧化為硝酸鹽)與氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌(分別為AOB和NOB)的良好活性有關?？茖W研究表明溫度是AOB和NOB這兩種細菌生長的關鍵因素之一，一般來說它們生存的最佳溫度為25~35°C之間，但是對于城鎮(zhèn)污水處理廠來說，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會出現(xiàn)各類問題。
 

　　在冬季期間，北方城鎮(zhèn)生活污水的平均溫度在冬季時間處于9~13°C 之間，從硝化菌的適宜溫度上來看，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，在相關的科學研究中表明，污水處理廠中細菌的多樣性隨著運行溫度的降低而降低；由于低溫效應導致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 下運行的試點污水處理廠中檢測到了低濃度的常規(guī)硝化菌，未知的耐溫AOA和異養(yǎng)硝化細菌被認為是冬季保持硝化穩(wěn)定的主要細菌。這也給污水廠帶來一個新的問題，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菌？
 

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

　　除去投加菌種的措施以外，還有就是延長停留時間，在相關的科學研究表明：對寒帶地區(qū)的污水處理廠的研究顯示了低溫運行污水處理廠是存在典型高硝化活性污泥細菌群落結構的，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，這證實了在寒冷氣候條件下亞硝酸鹽氧化的重要作用。對這些具有硝化作用的菌屬的進一步研究，當溫度急劇波動時，污水停留時間的延長可以大幅度提升硝化的效率，因此在多數(shù)污水廠冬季運行期間采取的低負荷運行，為污水提供了更長的停留時間，這有助于污水廠的冬季硝化作用的提升，當然反過來說，當冬季期間運行處理水量反而增加的污水廠可能就會面臨硝化作用下降，氨氮指標超標的風險。
 

　　采取填料的方式為硝化菌提供附著場所，也是提升冬季氨氮處理保障的一項措施。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)故障導致生物曝氣池內污泥濃度快速下降，就很快會影響到硝化作用，造成出水氨氮超標。增加懸浮填料的方式，懸浮填料內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，也會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：盡管運行溫度極低，但系統(tǒng)中的屬數(shù)量相對較多。由于添加了懸浮填料，附著在填料上的生物膜為某些細菌創(chuàng)造了合適的生存微環(huán)境，一些硝化細菌(例如Nitrospira、Nitrotoga、Nitrosomonas、Cytophagaceae和Byssovorax)的相對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濃度，可以達到1.42%和2.16%。研究表明，填料內部的微環(huán)境有利于某些屬在極低溫度下的生長。這可以說明在采用MBBR填料的污水廠，冬季對氨氮的去除能力相對于傳統(tǒng)的活性污泥工藝有較高的穩(wěn)定性和抗沖擊能力。
 

　　冬季運行期間，氨氮對溫度、外界進水負荷、進水水量、進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，污水廠要進行年度的周期性溫度變化，進水水質、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行條件，采取預先的防控措施，實現(xiàn)冬季氨氮的穩(wěn)定達標運行。
 

　　原標題：冬季運行中出水氨氮敏感性超標問題探討