?從污水廠冬季運(yùn)行氨氮的問(wèn)題深入探討污水廠的實(shí)驗(yàn)性課題研究
全康環(huán)保:處于溫帶也就是我國(guó)北方地區(qū)的污水廠，在冬季運(yùn)行期間可能都要認(rèn)真考慮指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，水溫的變化是對(duì)出水指標(biāo)影響的重要因素，這種情況可以稱為四季分明的北方地區(qū)污水廠季節(jié)性的運(yùn)行問(wèn)題。如果單純的解決水溫的問(wèn)題是比較簡(jiǎn)單的，增加加熱措施就可以了，但是污水廠的流量都較大，加熱污水成本極高，能耗極大，和未來(lái)的碳減排的目標(biāo)是完全背離的。因此污水廠運(yùn)管人員通常會(huì)采用增加混合液懸浮固體 (MLSS)、延長(zhǎng)污泥曝氣時(shí)間或曝氣充氧量和延長(zhǎng)污泥停留時(shí)間 (SRT) 來(lái)應(yīng)對(duì)季節(jié)性工藝問(wèn)題。但是在實(shí)際操作中這樣也存在著伴生的其他問(wèn)題，普通的活性污泥法工藝構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)定都不是以高濃度的長(zhǎng)污泥齡的活性污泥考慮的，過(guò)高的污泥濃度和過(guò)長(zhǎng)的污泥齡往往帶來(lái)污泥泡沫和污泥膨脹等問(wèn)題，使得冬季污水廠的運(yùn)行管理困難度極大。
針對(duì)這樣的問(wèn)題，污水廠常年處于困頓的運(yùn)行狀態(tài)中，也激發(fā)了很多高校的科研機(jī)構(gòu)對(duì)污水廠的冬季問(wèn)題進(jìn)行研究。每年都有大量的科技文獻(xiàn)對(duì)污水廠的冬季問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的探討和研究，這些科技文獻(xiàn)資料從各個(gè)側(cè)面對(duì)污水廠的冬季運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，今天我們就來(lái)了解一些關(guān)于季節(jié)變化對(duì)氨氮去除研究科技內(nèi)容。
對(duì)于常年運(yùn)行污水廠的運(yùn)維人員都比較了解，氨氮的去除能力較弱，受冬季低水溫的影響也比較大，為了保證冬季氨氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需要采取各種工藝手段來(lái)調(diào)整活性污泥的性質(zhì)，提高活性污泥對(duì)氨氮的去除效果，但是受到實(shí)際工況和微生物反應(yīng)的未知的影響，很多時(shí)候采取工藝手段的周期性規(guī)律性非常難以掌控，造成冬季運(yùn)行的時(shí)好時(shí)壞。
生物硝化過(guò)程通常由不同分類的微生物群進(jìn)行。首先，氨化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，然后亞硝酸鹽氧化細(xì)菌進(jìn)一步將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。近年來(lái)的科技研究還發(fā)現(xiàn)了氨氧化細(xì)菌（comammox），它們能夠通過(guò)亞硝酸鹽將氨直接氧化為硝酸鹽，也就是短程硝化的機(jī)理。傳統(tǒng)意義粗略描述是這樣的一個(gè)過(guò)程，但是它們?cè)谏钗鬯幚碇械淖饔眯枰M(jìn)一步研究，運(yùn)營(yíng)污水廠需要更多更詳細(xì)的細(xì)節(jié)來(lái)加以注意，以便更好的進(jìn)行工藝調(diào)控。
利用實(shí)驗(yàn)室的研究提供了硝化過(guò)程中的很多方面的資料，比如堿度的消耗，對(duì)溶解氧的需求，對(duì)污泥齡的需求等等，這些發(fā)現(xiàn)對(duì)日常的工藝管理也產(chǎn)生了良好的促進(jìn)作用，也使污水廠對(duì)氨氮指標(biāo)的管控有了較好的工藝控制措施。但是隨著全球水環(huán)境問(wèn)題的日益突出，對(duì)污水廠的處理出水指標(biāo)的越來(lái)越嚴(yán)苛的要求，污水廠必須進(jìn)行更精細(xì)化的工藝控制來(lái)提升硝化反應(yīng)的效果。這對(duì)硝化細(xì)菌的作用過(guò)程就需要進(jìn)行更為深入的研究，現(xiàn)在科技手段對(duì)微生物的研究已經(jīng)可以利用DNA的手段進(jìn)行研究，可以大幅度的提升研究的準(zhǔn)確性。
科學(xué)研究通過(guò)在實(shí)際運(yùn)行的污水廠中，接引每日實(shí)際進(jìn)水，利用廠內(nèi)曝氣池內(nèi)的實(shí)際存在的活性污泥，建立了SBR模組進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的實(shí)驗(yàn)，基本涵蓋了污水廠一年四季的水溫變化情況。通過(guò)采集活性污泥的樣本進(jìn)行DNA的測(cè)序分析，使用根據(jù)16S標(biāo)記基因的序列相似性對(duì)細(xì)菌進(jìn)行分類的宏基因組學(xué)中的OTU來(lái)進(jìn)行細(xì)菌的標(biāo)定。一個(gè)OTU由一組16S標(biāo)記基因顯示97%及以上序列同一性的細(xì)菌組成，通過(guò)檢測(cè)不同溫度下的OTU的種類豐度來(lái)確定活性污泥中的硝化菌的數(shù)量變化情況。在一年的研究中，最終得出了一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：
1、溫度是SBR實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器中硝化菌多樣性變化的主要驅(qū)動(dòng)因素
2、高度同步的反應(yīng)器中存在微生物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化的模式
3、 一組OTU核心豐度極高，并且各SBR反應(yīng)器之間豐度基本一致
4、單個(gè) OTU 僅在SBR反應(yīng)器中的任何一個(gè)以季節(jié)性（單季、多季）或較短時(shí)間發(fā)生
5、盡管冬季月份活性污泥硝化性能下降，但氨氧化細(xì)菌等關(guān)鍵功能組仍保持穩(wěn)定的種群豐度。
上述結(jié)論從DNA族譜的角度來(lái)進(jìn)行活性污泥硝化作用在季節(jié)變化情況的影響，可以看出溫度對(duì)硝化作用的影響是很大的，進(jìn)一步的實(shí)地研究表明：
對(duì)特定地區(qū)的四個(gè)污水處理廠的設(shè)置的六個(gè)全尺寸SBR反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落動(dòng)態(tài)表現(xiàn)出高度可重復(fù)和同步的季節(jié)性波動(dòng)。經(jīng)過(guò)一整年的采樣，單個(gè)SBR反應(yīng)器在群落組成上保持了微小但穩(wěn)定的差異。各個(gè)污水廠設(shè)施的活性污泥群落存在季節(jié)性群落演替，但每年會(huì)出現(xiàn)群落數(shù)量會(huì)持續(xù)漂移的情況。這種年度群落漂移將如何在長(zhǎng)期年度時(shí)間尺度上影響活性污泥系統(tǒng)功能穩(wěn)定性和過(guò)程性能，需要在未來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行研究。對(duì)于活性污泥系統(tǒng)，季節(jié)性溫度波動(dòng)似乎主要是位于溫帶氣候區(qū)的污水處理廠群落組成的主要決定性因素，而熱帶氣候中的污水處理廠，年平均氣溫較溫暖，年平均溫度變化較小，群落持續(xù)漂移而不是季節(jié)性演替模式似乎推動(dòng)了活性污泥微生物種群組成的變化。
這也說(shuō)明我國(guó)北方污水廠在冬季運(yùn)行期間，微生物的群落變化并不是主要的影響因素，可能更大的影響來(lái)源于微生物的反應(yīng)動(dòng)力受溫度的影響更大，如何提升微生物的反應(yīng)動(dòng)力可能是更主要的工藝調(diào)整思路。
通過(guò)這個(gè)科技文獻(xiàn)的解讀和我們實(shí)際污水廠的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，也說(shuō)明了污水廠的實(shí)際運(yùn)營(yíng)問(wèn)題的解決最終是需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究來(lái)驗(yàn)證的，盲目的采取措施，碰運(yùn)氣的調(diào)整方式將制約污水廠的精細(xì)化管理，建立污水廠運(yùn)營(yíng)管理和科研團(tuán)隊(duì)之間的信息溝通，激發(fā)科研團(tuán)隊(duì)來(lái)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的應(yīng)用型研究，也是污水處理行業(yè)未來(lái)能夠滿足全球水環(huán)境發(fā)展的迫切要求。