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引言

目前的水體環(huán)境問(wèn)題集中體現(xiàn)在因水體中氮磷元素含量過(guò)多所引發(fā)的缺氧問(wèn)題和生物死亡問(wèn)題方面。究其原因，是由于氮磷元素會(huì)為水中藻類(lèi)生物生長(zhǎng)提供大量的營(yíng)養(yǎng)，致使其生長(zhǎng)速度和數(shù)量明顯激增，這同時(shí)也會(huì)消耗水體中的大部分氧含量，且部分藻類(lèi)物質(zhì)中可能會(huì)釋放毒性物質(zhì)，導(dǎo)致水體環(huán)境被嚴(yán)重破壞。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中指出，當(dāng)水體中的 磷＞0.02mg/L，且氮＞0.3mg/L時(shí)，便可稱之為水體富營(yíng)養(yǎng)化。為了有效改善此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)積極開(kāi)展污水處理工作。但對(duì)于一些寒冷地區(qū)而言，常規(guī)性的脫氮除磷技術(shù)難以發(fā)揮良好的污水處理效果。因此，迫切需要對(duì)寒冷地區(qū)的脫氮除磷技術(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的研究。

1.我國(guó)寒冷地區(qū)污水廠的污水處理現(xiàn)狀

以東北和華北地區(qū)為代表的寒冷地區(qū)，其冬季冰凍期為3-6個(gè)月左右，日間溫度均在10℃以下，甚至部分地區(qū)的溫度長(zhǎng)期處于0℃以下。在此種低溫環(huán)境下，為污水處理廠的污水處理工作帶來(lái)了極大的難度。現(xiàn)階段，較為常用的污水處理手段為生物處理措施，在進(jìn)行脫氮除磷處理時(shí)，通常是借助硝化細(xì)菌以及聚磷菌來(lái)達(dá)成脫氮除磷的目標(biāo)。在環(huán)境溫度過(guò)低的情況下，各類(lèi)微生物的生長(zhǎng)與繁殖將受到直接影響，硝化細(xì)菌和聚磷菌的活性均會(huì)受到限制，致使冬季的污水處理效果一直難以提升。

(1)生物活性受限，脫氮效率偏低

在寒冷地區(qū)的污水處理廠，通常會(huì)采用硝化細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理。研究數(shù)據(jù)顯示，適宜硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境溫度為20-30℃，在環(huán)境溫度低于15℃的情況下，其生長(zhǎng)速度將發(fā)生明顯變化，硝化細(xì)菌的活性也會(huì)出現(xiàn)持續(xù)降低的問(wèn)題。而當(dāng)環(huán)境溫度小于5℃時(shí)，或者處于0℃以下時(shí)，將會(huì)暫停生長(zhǎng)。除此之外，也會(huì)借助反硝化細(xì)菌來(lái)達(dá)成脫氮目標(biāo)。同樣的，反硝化細(xì)菌也對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的溫度提出了一定的要求，一般在20-40℃之間，如果其溫度小于15℃，則會(huì)對(duì)其增殖速率以及代謝效率造成直接影響。而我國(guó)的寒冷地區(qū)，其日間溫度均低于10℃，難以達(dá)成硝化細(xì)菌以及反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)要求，這便會(huì)直接反映到污水處理效率方面，致使脫氮效率明顯降低[1]。

(2)生物菌繁殖能力下降，限制除磷效果

除磷過(guò)程中，所采用的聚磷菌具有耐冷的特性，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，也可生長(zhǎng)和繁殖。但在溫度為20℃左右時(shí)，其生長(zhǎng)和繁殖的速度最快。因此，可以認(rèn)為，環(huán)境溫度的降低也會(huì)對(duì)除磷效果造成不同程度的影響。除此之外，在寒冷地區(qū)進(jìn)行除磷操作時(shí)，部分微生物對(duì)聚磷菌具有一定的抑制作用，當(dāng)環(huán)境溫度符合微生物的生長(zhǎng)要求時(shí)，其便會(huì)對(duì)聚磷菌造成抑制影響，致使除磷效果降低。

2.適用于寒冷地區(qū)污水處理廠的脫氮除磷技術(shù)研究

在污水處理工作中，生物處理法屬于一種常用的處理手段。但在污水處理的過(guò)程中，各類(lèi)微生物對(duì)生長(zhǎng)溫度提出了一定的要求，大部分微生物均適宜在溫度為20-40℃的環(huán)境下生長(zhǎng)，而當(dāng)溫度過(guò)低，難以滿足其生長(zhǎng)要求的情況下，其活性將會(huì)降低，致使其生長(zhǎng)率和代謝率受到直接影響，最終危及污水處理的效果。大量文獻(xiàn)資料顯示，當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，微生物的代謝速率以及生長(zhǎng)效率將會(huì)減半，而當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，微生物的代謝和生長(zhǎng)均會(huì)停止，這就意味著在寒冷地區(qū)的污水處理廠中，如果處于低于5℃的環(huán)境下進(jìn)行生物處理，則會(huì)導(dǎo)致污水處理不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題[2]?，F(xiàn)就低溫環(huán)境下的脫氮除磷新技術(shù)展開(kāi)研究。

(1)寒冷地區(qū)的生物脫氮技術(shù)

資料研究表明，環(huán)境溫度對(duì)于硝化作用以及反硝化作用的影響十分明顯，其中，硝化細(xì)菌、亞硝化菌以及硝酸菌的適宜生長(zhǎng)溫度分別為45℃，35℃和42℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于其生長(zhǎng)溫度時(shí)，細(xì)菌活性將會(huì)降低。一般當(dāng)環(huán)境溫度處于10℃時(shí)，其生長(zhǎng)效率將會(huì)直接減半，而當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌將無(wú)法發(fā)揮作用。對(duì)于反硝化作用的影響表現(xiàn)為，溫度低于15℃時(shí)，反硝化作用效果降低，溫度小于5℃時(shí)，反硝化作用失效。在近些年中，由于溫度過(guò)低導(dǎo)致污水處理效果不佳的現(xiàn)象常有發(fā)生，致使社會(huì)各界對(duì)低溫脫氮技術(shù)給予了足夠的關(guān)注。為使低溫環(huán)境下也能夠保障脫氮效果，相關(guān)學(xué)者做出了大量的研究，主要可以通過(guò)改變參數(shù)，改進(jìn)處理工藝以及培養(yǎng)耐低溫的生物菌劑等手段來(lái)提升脫氮效果。具體如下：

①改變參數(shù)

改變參數(shù)指的是，通過(guò)對(duì)污泥負(fù)荷率，泥齡以及水力停留時(shí)間等的干預(yù)影響脫氮過(guò)程使脫氮效果得到提升。研究顯示，當(dāng)環(huán)境溫度在10℃左右時(shí)，可以采取提升污泥濃度的方式，對(duì)污泥負(fù)荷加以調(diào)整。此時(shí)，通過(guò)對(duì)參數(shù)的調(diào)整可將污水中的含氮量去除80%左右。此外，考慮到當(dāng)硝化菌處于10℃的環(huán)境時(shí)，其泥齡在26-30天左右，此時(shí)的氨氮出水濃度為5mg/L。因此，可以采取延長(zhǎng)泥齡的方式來(lái)改善硝化作用，增強(qiáng)脫氮效果[3]。

②改進(jìn)工藝

有研究學(xué)者通過(guò)聯(lián)合采取多種污水處理工藝的方式，有效改善了低溫環(huán)境下的脫氮效果。常見(jiàn)手段為，與好氧顆粒污泥-膜進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，此時(shí)不僅可以提升微生物的反應(yīng)效率，強(qiáng)化硝化作用效果，其中所使用的污泥層也可起到較好的過(guò)濾作用，使處理后的水質(zhì)量均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，有學(xué)者采用膜生物反應(yīng)器，通過(guò)在其中添加新型懸浮填料，使得污泥濃度有所提升，此時(shí)，即便是在低溫環(huán)境下，也可起到較好的脫氮作用。

③培養(yǎng)耐低溫的生物菌劑

從某一層面來(lái)講，生物菌群的自身活性和代謝率以及環(huán)境適應(yīng)能力是影響低溫環(huán)境下污水處理效果的主要因素之一。除采取上述措施外，也可從生物菌群自身入手，通過(guò)研發(fā)和馴化一些耐低溫的生物菌劑，并且將其投放于低溫環(huán)境的污水處理工作中，使其在低溫環(huán)境中也能正常代謝和生長(zhǎng)，降低環(huán)境因素對(duì)生物脫氮技術(shù)應(yīng)用效果的影響。

(2)寒冷地區(qū)的生物除磷技術(shù)

聚磷菌屬于耐冷菌的一種，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了較好的耐冷能力，在低溫環(huán)境下其自身代謝活性以及生長(zhǎng)效果的變化幅度較小。因此，人們會(huì)忽視低溫環(huán)境下使用聚磷菌進(jìn)行污水處理時(shí)的不利影響。從前期實(shí)踐中可以總結(jié)出，低溫環(huán)境下，污水處理廠除磷能力也會(huì)受到影響，其影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一為對(duì)微生物代謝活性的影響；其二為聚糖菌對(duì)聚磷菌的競(jìng)爭(zhēng)影響。具體表現(xiàn)為，當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低的情況下，聚磷菌的生物代謝活性減弱，其生長(zhǎng)速度也會(huì)降低，致使其自身的釋磷能力和吸磷作用減弱，這一現(xiàn)象將直接反映到最終的處理效果方面。有關(guān)學(xué)者針對(duì)不同溫度條件下的除磷效果進(jìn)行了分析，研究顯示，在溫度偏高的情況下，其生物活性較好，除磷效果也相對(duì)顯著，而在其溫度偏低，且低于10℃的情況下，其自身的生物活性相對(duì)較弱，除磷效果也明顯降低。因此，可以認(rèn)為具備耐冷能力的聚磷菌在應(yīng)用于污水處理中也會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。此外，在低溫環(huán)境下，聚糖菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，在聚糖菌的抑制作用下，聚磷菌很難發(fā)揮其自身的釋磷能力以及吸磷作用，這無(wú)疑會(huì)影響最終的除磷效果。

為了改善低溫環(huán)境下的除磷效果，可將原本的除磷生物池拆除后改建為厭氧池與缺氧調(diào)節(jié)池，使其形成好氧生物系統(tǒng)。改良過(guò)后的除磷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳源的高效利用，在保障脫氮效果的同時(shí)提升除磷效率。尤其是在厭氧，缺氧以及好氧的交互作用下，其中的污泥很少發(fā)生膨脹反應(yīng)，且其中的磷含量也會(huì)隨之增高，可以通過(guò)增加進(jìn)水和回流等方式來(lái)改善聚糖菌對(duì)聚磷菌的抑制影響，使其生物活性得到有效發(fā)揮。厭氧、缺氧和好氧的作業(yè)環(huán)境下，可為生物菌群提供良好的生存環(huán)境，一改低溫環(huán)境對(duì)生物活性的影響，使低溫環(huán)境下的脫氮除磷效果得到有效保障。

3.結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)寒冷地區(qū)的污水處理問(wèn)題較為顯著，如無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)污水問(wèn)題的有效治理，則很容易影響區(qū)域水體環(huán)境，對(duì)人們的健康用水和安全用水造成極大威脅，因此，迫切需要針對(duì)低溫環(huán)境下的污水處理技術(shù)展開(kāi)研究，尤其需要針對(duì)影響水體富營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題的氮磷元素去除技術(shù)展開(kāi)研究。上文中針對(duì)目前的生物脫氮除磷技術(shù)弊端展開(kāi)了研究，并且提出了改變參數(shù)、改進(jìn)工藝和培養(yǎng)耐低溫生物菌劑的技術(shù)手段，希望可以有效提升寒冷地區(qū)的脫氮除磷技術(shù)水平。