我國寒冷地區(qū)污水廠的污水處理現(xiàn)狀及脫氮除磷技術探討

（華電水務科技股份有限公司 北京 100070）

引言

目前的水體環(huán)境問題集中體現(xiàn)在因水體中氮磷元素含量過多所引發(fā)的缺氧問題和生物死亡問題方面。究其原因，是由于氮磷元素會為水中藻類生物生長提供大量的營養(yǎng)，致使其生長速度和數(shù)量明顯激增，這同時也會消耗水體中的大部分氧含量，且部分藻類物質中可能會釋放毒性物質，導致水體環(huán)境被嚴重破壞。相關標準中指出，當水體中的 磷＞0.02mg/L，且氮＞0.3mg/L時，便可稱之為水體富營養(yǎng)化。為了有效改善此類問題，應積極開展污水處理工作。但對于一些寒冷地區(qū)而言，常規(guī)性的脫氮除磷技術難以發(fā)揮良好的污水處理效果。因此，迫切需要對寒冷地區(qū)的脫氮除磷技術進行有針對性的研究。

1.我國寒冷地區(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個月左右，日間溫度均在10℃以下，甚至部分地區(qū)的溫度長期處于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，在進行脫氮除磷處理時，通常是借助硝化細菌以及聚磷菌來達成脫氮除磷的目標。在環(huán)境溫度過低的情況下，各類微生物的生長與繁殖將受到直接影響，硝化細菌和聚磷菌的活性均會受到限制，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，通常會采用硝化細菌進行脫氮處理。研究數(shù)據顯示，適宜硝化細菌生長的環(huán)境溫度為20-30℃，在環(huán)境溫度低于15℃的情況下，其生長速度將發(fā)生明顯變化，硝化細菌的活性也會出現(xiàn)持續(xù)降低的問題。而當環(huán)境溫度小于5℃時，或者處于0℃以下時，將會暫停生長。除此之外，也會借助反硝化細菌來達成脫氮目標。同樣的，反硝化細菌也對生長環(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℃，則會對其增殖速率以及代謝效率造成直接影響。而我國的寒冷地區(qū)，其日間溫度均低于10℃，難以達成硝化細菌以及反硝化細菌的生長要求，這便會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

除磷過程中，所采用的聚磷菌具有耐冷的特性，當環(huán)境溫度低于5℃時，也可生長和繁殖。但在溫度為20℃左右時，其生長和繁殖的速度最快。因此，可以認為，環(huán)境溫度的降低也會對除磷效果造成不同程度的影響。除此之外，在寒冷地區(qū)進行除磷操作時，部分微生物對聚磷菌具有一定的抑制作用，當環(huán)境溫度符合微生物的生長要求時，其便會對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。但在污水處理的過程中，各類微生物對生長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，而當溫度過低，難以滿足其生長要求的情況下，其活性將會降低，致使其生長率和代謝率受到直接影響，最終危及污水處理的效果。大量文獻資料顯示，當環(huán)境溫度低于10℃時，微生物的代謝速率以及生長效率將會減半，而當溫度低于5℃時，微生物的代謝和生長均會停止，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)境下進行生物處理，則會導致污水處理不達標的問題[2]。現(xiàn)就低溫環(huán)境下的脫氮除磷新技術展開研究。

(1)寒冷地區(qū)的生物脫氮技術

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

①改變參數(shù)

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

②改進工藝

有研究學者通過聯(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。常見手段為，與好氧顆粒污泥-膜進行聯(lián)合應用，此時不僅可以提升微生物的反應效率，強化硝化作用效果，其中所使用的污泥層也可起到較好的過濾作用，使處理后的水質量均能達到排放標準。另外，有學者采用膜生物反應器，通過在其中添加新型懸浮填料，使得污泥濃度有所提升，此時，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

從某一層面來講，生物菌群的自身活性和代謝率以及環(huán)境適應能力是影響低溫環(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，降低環(huán)境因素對生物脫氮技術應用效果的影響。

(2)寒冷地區(qū)的生物除磷技術

聚磷菌屬于耐冷菌的一種，在實際應用中表現(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效果的變化幅度較小。因此，人們會忽視低溫環(huán)境下使用聚磷菌進行污水處理時的不利影響。從前期實踐中可以總結出，低溫環(huán)境下，污水處理廠除磷能力也會受到影響，其影響主要表現(xiàn)在兩個方面：其一為對微生物代謝活性的影響；其二為聚糖菌對聚磷菌的競爭影響。具體表現(xiàn)為，當環(huán)境溫度過低的情況下，聚磷菌的生物代謝活性減弱，其生長速度也會降低，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。有關學者針對不同溫度條件下的除磷效果進行了分析，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較弱，除磷效果也明顯降低。因此，可以認為具備耐冷能力的聚磷菌在應用于污水處理中也會受到環(huán)境溫度的影響。此外，在低溫環(huán)境下，聚糖菌的競爭優(yōu)勢明顯，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，這無疑會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節(jié)池，使其形成好氧生物系統(tǒng)。改良過后的除磷系統(tǒng)可實現(xiàn)對碳源的高效利用，在保障脫氮效果的同時提升除磷效率。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，且其中的磷含量也會隨之增高，可以通過增加進水和回流等方式來改善聚糖菌對聚磷菌的抑制影響，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.結束語

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