我国寒冷地区污水厂的污水处理现状及脱氮除磷技术探讨

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引言

目前的水体环境问题集中体现在因水体中氮磷元素含量过多所引发的缺氧问题和生物死亡问题方面。究其原因，是由于氮磷元素会为水中藻类生物生长提供大量的营养，致使其生长速度和数量明显激增，这同时也会消耗水体中的大部分氧含量，且部分藻类物质中可能会释放毒性物质，导致水体环境被严重破坏。相关标准中指出，当水体中的 磷＞0.02mg/L，且氮＞0.3mg/L时，便可称之为水体富营养化。为了有效改善此类问题，应积极开展污水处理工作。但对于一些寒冷地区而言，常规性的脱氮除磷技术难以发挥良好的污水处理效果。因此，迫切需要对寒冷地区的脱氮除磷技术进行有针对性的研究。

1.我国寒冷地区污水厂的污水处理现状

以东北和华北地区为代表的寒冷地区，其冬季冰冻期为3-6个月左右，日间温度均在10℃以下，甚至部分地区的温度长期处于0℃以下。在此种低温环境下，为污水处理厂的污水处理工作带来了极大的难度。现阶段，较为常用的污水处理手段为生物处理措施，在进行脱氮除磷处理时，通常是借助硝化细菌以及聚磷菌来达成脱氮除磷的目标。在环境温度过低的情况下，各类微生物的生长与繁殖将受到直接影响，硝化细菌和聚磷菌的活性均会受到限制，致使冬季的污水处理效果一直难以提升。

(1)生物活性受限，脱氮效率偏低

在寒冷地区的污水处理厂，通常会采用硝化细菌进行脱氮处理。研究数据显示，适宜硝化细菌生长的环境温度为20-30℃，在环境温度低于15℃的情况下，其生长速度将发生明显变化，硝化细菌的活性也会出现持续降低的问题。而当环境温度小于5℃时，或者处于0℃以下时，将会暂停生长。除此之外，也会借助反硝化细菌来达成脱氮目标。同样的，反硝化细菌也对生长环境的温度提出了一定的要求，一般在20-40℃之间，如果其温度小于15℃，则会对其增殖速率以及代谢效率造成直接影响。而我国的寒冷地区，其日间温度均低于10℃，难以达成硝化细菌以及反硝化细菌的生长要求，这便会直接反映到污水处理效率方面，致使脱氮效率明显降低[1]。

(2)生物菌繁殖能力下降，限制除磷效果

除磷过程中，所采用的聚磷菌具有耐冷的特性，当环境温度低于5℃时，也可生长和繁殖。但在温度为20℃左右时，其生长和繁殖的速度最快。因此，可以认为，环境温度的降低也会对除磷效果造成不同程度的影响。除此之外，在寒冷地区进行除磷操作时，部分微生物对聚磷菌具有一定的抑制作用，当环境温度符合微生物的生长要求时，其便会对聚磷菌造成抑制影响，致使除磷效果降低。

2.适用于寒冷地区污水处理厂的脱氮除磷技术研究

在污水处理工作中，生物处理法属于一种常用的处理手段。但在污水处理的过程中，各类微生物对生长温度提出了一定的要求，大部分微生物均适宜在温度为20-40℃的环境下生长，而当温度过低，难以满足其生长要求的情况下，其活性将会降低，致使其生长率和代谢率受到直接影响，最终危及污水处理的效果。大量文献资料显示，当环境温度低于10℃时，微生物的代谢速率以及生长效率将会减半，而当温度低于5℃时，微生物的代谢和生长均会停止，这就意味着在寒冷地区的污水处理厂中，如果处于低于5℃的环境下进行生物处理，则会导致污水处理不达标的问题[2]。现就低温环境下的脱氮除磷新技术展开研究。

(1)寒冷地区的生物脱氮技术

资料研究表明，环境温度对于硝化作用以及反硝化作用的影响十分明显，其中，硝化细菌、亚硝化菌以及硝酸菌的适宜生长温度分别为45℃，35℃和42℃，当环境温度低于其生长温度时，细菌活性将会降低。一般当环境温度处于10℃时，其生长效率将会直接减半，而当环境温度低于5℃时，硝化细菌将无法发挥作用。对于反硝化作用的影响表现为，温度低于15℃时，反硝化作用效果降低，温度小于5℃时，反硝化作用失效。在近些年中，由于温度过低导致污水处理效果不佳的现象常有发生，致使社会各界对低温脱氮技术给予了足够的关注。为使低温环境下也能够保障脱氮效果，相关学者做出了大量的研究，主要可以通过改变参数，改进处理工艺以及培养耐低温的生物菌剂等手段来提升脱氮效果。具体如下：

①改变参数

改变参数指的是，通过对污泥负荷率，泥龄以及水力停留时间等的干预影响脱氮过程使脱氮效果得到提升。研究显示，当环境温度在10℃左右时，可以采取提升污泥浓度的方式，对污泥负荷加以调整。此时，通过对参数的调整可将污水中的含氮量去除80%左右。此外，考虑到当硝化菌处于10℃的环境时，其泥龄在26-30天左右，此时的氨氮出水浓度为5mg/L。因此，可以采取延长泥龄的方式来改善硝化作用，增强脱氮效果[3]。

②改进工艺

有研究学者通过联合采取多种污水处理工艺的方式，有效改善了低温环境下的脱氮效果。常见手段为，与好氧颗粒污泥-膜进行联合应用，此时不仅可以提升微生物的反应效率，强化硝化作用效果，其中所使用的污泥层也可起到较好的过滤作用，使处理后的水质量均能达到排放标准。另外，有学者采用膜生物反应器，通过在其中添加新型悬浮填料，使得污泥浓度有所提升，此时，即便是在低温环境下，也可起到较好的脱氮作用。

③培养耐低温的生物菌剂

从某一层面来讲，生物菌群的自身活性和代谢率以及环境适应能力是影响低温环境下污水处理效果的主要因素之一。除采取上述措施外，也可从生物菌群自身入手，通过研发和驯化一些耐低温的生物菌剂，并且将其投放于低温环境的污水处理工作中，使其在低温环境中也能正常代谢和生长，降低环境因素对生物脱氮技术应用效果的影响。

(2)寒冷地区的生物除磷技术

聚磷菌属于耐冷菌的一种，在实际应用中表现出了较好的耐冷能力，在低温环境下其自身代谢活性以及生长效果的变化幅度较小。因此，人们会忽视低温环境下使用聚磷菌进行污水处理时的不利影响。从前期实践中可以总结出，低温环境下，污水处理厂除磷能力也会受到影响，其影响主要表现在两个方面：其一为对微生物代谢活性的影响；其二为聚糖菌对聚磷菌的竞争影响。具体表现为，当环境温度过低的情况下，聚磷菌的生物代谢活性减弱，其生长速度也会降低，致使其自身的释磷能力和吸磷作用减弱，这一现象将直接反映到最终的处理效果方面。有关学者针对不同温度条件下的除磷效果进行了分析，研究显示，在温度偏高的情况下，其生物活性较好，除磷效果也相对显著，而在其温度偏低，且低于10℃的情况下，其自身的生物活性相对较弱，除磷效果也明显降低。因此，可以认为具备耐冷能力的聚磷菌在应用于污水处理中也会受到环境温度的影响。此外，在低温环境下，聚糖菌的竞争优势明显，在聚糖菌的抑制作用下，聚磷菌很难发挥其自身的释磷能力以及吸磷作用，这无疑会影响最终的除磷效果。

为了改善低温环境下的除磷效果，可将原本的除磷生物池拆除后改建为厌氧池与缺氧调节池，使其形成好氧生物系统。改良过后的除磷系统可实现对碳源的高效利用，在保障脱氮效果的同时提升除磷效率。尤其是在厌氧，缺氧以及好氧的交互作用下，其中的污泥很少发生膨胀反应，且其中的磷含量也会随之增高，可以通过增加进水和回流等方式来改善聚糖菌对聚磷菌的抑制影响，使其生物活性得到有效发挥。厌氧、缺氧和好氧的作业环境下，可为生物菌群提供良好的生存环境，一改低温环境对生物活性的影响，使低温环境下的脱氮除磷效果得到有效保障。

3.结束语

我国寒冷地区的污水处理问题较为显著，如无法实现对区域内污水问题的有效治理，则很容易影响区域水体环境，对人们的健康用水和安全用水造成极大威胁，因此，迫切需要针对低温环境下的污水处理技术展开研究，尤其需要针对影响水体富营养问题的氮磷元素去除技术展开研究。上文中针对目前的生物脱氮除磷技术弊端展开了研究，并且提出了改变参数、改进工艺和培养耐低温生物菌剂的技术手段，希望可以有效提升寒冷地区的脱氮除磷技术水平。