水溫連續(xù)下降,氨氮持續(xù)升高,怎么辦?
生物脫氮對環(huán)境條件敏感,容易受溫度變化影響。絕大多數(shù)微生物正常生長溫度為20~35℃,低溫會影響微生物細胞內(nèi)酶的活性,在一定溫度范圍內(nèi),溫度每降低10℃,微生物活性將降低1倍,從而降低了對污水的處理效果。工藝投入運行后,由于四季的交替和所處的地理位置影響,若不加以人工調(diào)控,溫度很難保持適宜。而溫度調(diào)控則會耗費大量的能源。
溫度是影響細菌生長和代謝的重要環(huán)境條件。絕大多數(shù)微生物正常生長溫度為20~35℃。溫度主要是通過影響微生物細胞內(nèi)某些酶的活性而影響微生物的生長和代謝速率,進而影響污泥產(chǎn)率、污染物的去除效率和速率;溫度還會影響污染物降解途徑、中間產(chǎn)物的形成以及各種物質(zhì)在溶液中的溶解度,以及有可能影響到產(chǎn)氣量和成分等。低溫減弱了微生物體內(nèi)細胞質(zhì)的流動性,進而影響了物質(zhì)傳輸?shù)却x過程,并且普遍認為低溫將會導(dǎo)致活性污泥的吸附性能和沉降性能下降,以及使微生物群落發(fā)生變化。低溫對微生物活性的抑制,不同于高溫帶來的毀滅性影響,其抑制作用通常是可恢復(fù)的。
硝化細菌
生物硝化反應(yīng)可以在4~45℃的溫度范圍內(nèi)進行。氨氧化細菌(AOB)*生長溫度為25~30℃,亞硝酸氧化細菌(NOB)的*生長溫度為25~30℃。
溫度不但影響硝化菌的生長,而且影響硝化菌的活性。有研究表明,硝化細菌*適宜的生長溫度為25~30℃,當溫度小于15℃時硝化速率明顯下降,硝化細菌的活性也大幅度降低,當溫度低于5℃時,硝化細菌的生命活動幾乎停止。大量的研究表明,硝化作用會受到溫度的嚴重影響,尤其是溫度沖擊的影響更加明顯。
由于冬季氣溫較低而未能實現(xiàn)硝化工藝穩(wěn)定運行的案例較為常見。U.Sudarno等考察了溫度變化對硝化作用的影響,結(jié)果表明,溫度從12.5℃升至40℃,氨氧化速率增加,但當溫度下降至6℃時,硝化菌活性很低。
反硝化細菌
反硝化細菌生長的*溫度為25~35℃,而我國冬季氣溫通常低于20℃,低溫成為冬季微生物反硝化脫氮的限制性因素。目前關(guān)于反硝化細菌的研究主要集中于對硝酸鹽去除能力的提高,對低溫限制下低濃度硝酸鹽水體中反硝化作用的研究仍然較少。JichengZhong等研究了太湖沉積物中的反硝化作用,經(jīng)過數(shù)月的實驗分析發(fā)現(xiàn)反硝化速率呈現(xiàn)季節(jié)性變化。
U.Welander等考察了低溫條件下(3~20℃)反硝化工藝的運行性能,研究表明在3℃下反應(yīng)器的反硝化速率僅為15℃下的55%。
2、 冬季生物脫氮達標措施
1、加熱
現(xiàn)行的解決辦法非常有限,在我國部分北方城市常用的措施有:
(1) 曝氣池、二沉池等池壁采用發(fā)泡保溫板保溫,外砌磚圍護(爐渣、膨脹珍珠巖等填充)結(jié)構(gòu),池頂加蓋等保溫措施;
(2) 鼓風機一側(cè)設(shè)空氣預(yù)熱室,將冬季-10~-20℃的冷空氣預(yù)熱到5~8℃;空氣管道設(shè)置管廊,便于保溫處理等。
(3) 適當加熱污泥,包括回流污泥;
(4) 用熱蒸汽給進入曝氣池的污水加熱。
現(xiàn)行的這些辦法都將會增加污水處理的運行成本。
2、提高泥齡/MLSS
提高泥齡的*終表現(xiàn)是MLSS的提高,冬季微生物增殖緩慢,作為自養(yǎng)菌的硝化細菌增殖更為緩慢,提高泥齡可以使硝化細菌能保持在一定的范圍內(nèi)(顏胖子:目的是保證硝化細菌為優(yōu)勢菌種),并且適當提高污泥濃度MLSS,在細菌代謝能力下降的前提下,可以使總量的污泥代謝能力能保持穩(wěn)定。
3、生物固定化(填料)
經(jīng)固定化處理后,微生物的抗逆性能提高,能耐受外界環(huán)境的變化,從而保持了較高的活性。此外,微生物經(jīng)包埋固定后持留能力得以增強,可望實現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動和高效穩(wěn)定運行。
通過固定化可以削弱溫度變化對硝化作用的影響。張爽等研究了固定化硝化菌在不同溫度下對氨氮的去除效能,采用聚乙烯醇-硼酸包埋法固定常溫富集培養(yǎng)的含耐冷菌的硝化污泥,用于處理常溫和低溫生活污水。結(jié)果表明,經(jīng)過固定化處理的硝化菌群即使在低溫條件下,也表現(xiàn)出了較高的硝化效率(>80%)。
也有學者開展了固定化反硝化細菌脫氮的研究,結(jié)果表明,經(jīng)過固定化處理,提高了反硝化細菌對溫度的適應(yīng)性,固定化反硝化細菌對高濃度的銨離子和低溫的耐受性增加。
固定化是一種有效的技術(shù)手段,然而也會使微生物活性有所降低,且固定化后,傳質(zhì)阻力會增大,氧的傳質(zhì)阻礙尤為明顯,固定化更能在厭氧條件下發(fā)揮其優(yōu)勢。此外,其成本也有待技術(shù)經(jīng)濟評估。
4、馴化
馴化就是人為的在某一特定環(huán)境條件長期處理某一微生物群體,同時不斷將它們進行移種傳代,以達到累積和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老育種方法。微生物的馴化是脫氮工藝運用到低溫環(huán)境中的重要措施,使微生物體內(nèi)的酶和細胞膜的脂類組成能夠適應(yīng)低溫環(huán)境,并能在低溫條件下發(fā)揮作用。
大量研究表明,通過適當?shù)鸟Z化策略,經(jīng)歷一定的馴化時間,低溫脫氮工藝可以實現(xiàn)穩(wěn)定運行。
R.D.Jones等認為,如果將AOB的運行溫度從30℃直接降至5℃,會導(dǎo)致其失活。逐步降低運行溫度,AOB可調(diào)整細胞膜中的脂肪酸類型使其在低溫條件下不易凍結(jié)。