简述低温条件下污水生物脱氮处理研究进展

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1、简述低温条件下污水生物脱氮处理研究进展当前，生活污水、工业废水以及农业非点源污染所带来的氮素污染使我国水体富营养化情况日益严重，由此引发的水环境问题给人民正常生产生活带来极大危害。一般来说，生物脱氮是最常用的处理方法，但是我国东北地区冬季气候十分寒冷，污水平均温度一般约为10℃，与硝化及反硝化功能菌群的适宜生长温度相差较大，导致冬季生物脱氮处理效果下降乃至无法达标。如何保持低温环境下生物脱氮的高效稳定运行是当前脱氮研究的热点与难点。　　1低温污水生物脱氮研究进展　　为保证污水处理低温条件稳定运行，工程应用中多采用改善构筑物保温效果、增大水力停留时间、降低污泥负荷、增加填料厚度或结合物理

2、、化学法脱氮等措施。然而，这些手段将大幅增加污水处理设施的基建费用与运行费用，造成严重的经济负担，所以上述方法并非最佳选择。借用哲学视角思考，生物脱氮过程的微观主体是微生物，而运行工艺是其宏观体现，微生物和运行工艺的有机结合使得生物脱氮变成一个复杂而高效的过程，因此工程技术人员也应从低温微生物强化和低温工艺优化这两方面入手从而根本解决这一困扰。　　1.1低温微生物强化　　微生物是生物脱氮的参与主体，如何实现低温下功能微生物活性的提升和生物量的增加是低温微生物强化研究的根本问题。低温微生物强化是指通过人工筛选、富集和驯化得到耐冷微生物单菌或混合菌群，研究其脱氮特性，制成生物菌剂以一定形式

3、投入目标环境，改善功能微生物的活性及生物量，最终实现污水处理系统低温正常启动及稳定运行，其中生物固定化投加因可避免微生物大量流失，已逐渐成为工程应用的重要手段。随着研究的进行，一些新型微生物如氨氧化古细菌(AOA)、异养硝化-好氧反硝化细菌等也逐渐被人们所关注。　　1.1.1低温微生物　　根据生长温度上限与最适生长温度的不同，可将低温微生物分为嗜冷菌和耐冷菌。嗜冷菌是指温度低于0℃时能缓慢生长，最适生长温度低于15℃，高于20℃则不能生长的一类微生物;耐冷菌是指在0℃能够生长良好，但最适生长温度在20～30℃之间的一类微生物。低温微生物因其自身特殊的冷适应调节机制而能在低温环境中良好生

4、长，该机制主要通过膜内脂类组成变化、冷休克应激反应、低温酶调节、DNA转录与翻译调整及低温蛋白合成等手段来适应低温环境，表现出低温下的良好生存能力。相比于嗜冷菌，耐冷菌从常温到不稳定的低温环境中均可分离得到，其生态分布也比嗜冷菌广泛，因而更适合于污水生化处理。　　1.1.2耐冷菌强化研究　　耐冷菌因在低温下具有良好的生长与代谢性能而成为低温微生物强化的重要参与者。正常情况下耐冷菌在系统中数量较少，需要研究人员进行人工分离、筛选与鉴定，并将其投加系统形成耐冷菌强化或对微生物进行低温驯化使其适应低温环境。当前国内研究主要集中在耐冷菌筛选驯化与特性研究以及耐冷菌固定化投加等方面，如王小菊等通

5、过选择培养基筛选分离出一株高效硝化细菌N4，其硝化速率可达到(52±3.5)mg/(Ld)，并在15℃下对其成功完成低温驯化。李军等筛选分离得到一株具有高效降解硝态氮的耐冷反硝化菌Y2，NO-3-N浓度为300mg/L时，其去除率可达99.8%，适用于低温硝酸盐废水的治理。直接投加耐冷菌存在容易流失、菌株生存能力差等缺点，因此将耐冷菌固定化后投加成为实验研究与工程应用的重要手段之一。贲岳等采用聚氨酯泡沫作为载体材料固定高活性耐冷菌，将其用于内循环复合生物反应器处理低温污水。研究表明该工艺低温环境下出水效果良好，各项指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB1891

6、82002)一级B标准，解决了冬季水温低出水难以达标排放的难题。张雷等通过低温驯化培养活性污泥，从中分离出高效耐冷硝化菌群，采用包埋固定化生物强化技术构建了耐低温硝化细菌，并对其脱氮效果进行了研究。结果表明:固定化硝化细菌低温下可去除60%的氨氮，脱氮效果远高于低温污泥。其原因在于固定载体内硝化细菌数量大，而低温污泥中硝化细菌很难成为优势菌群。李思强等采用投加聚氨酯固定化耐低温硝化细菌以保证低温下倒置A2/O工艺顺利进行，研究结果表明:较大的生物量是保证低温污水处理达标的重要前提，同时固定化硝化细菌对低温的耐受性要高于未经固定化的硝化细菌，保证了低温下系统的脱氮效果;此外低温限制了反硝

7、化的进行，导致水体中NO-3积累，影响低温下系统的除磷效果。综上，耐冷菌固定化具有保持高生物量、固液分离效果好、对低温耐受性强等优点，在今后研究与应用中应将固定化与高效耐冷菌株筛选驯化结合，共同用于低温污水处理。　　1.1.3氨氧化微生物研究　　氨氧化微生物包括氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古细菌(AOA)，它们在湿地水质自净与氮循环中发挥着重要作用。A.Sims等通过分子生物学手段考察了人工湿地中氨氧化微生物的组成与丰度及其群落变化，研究表明人