?從污水廠冬季運行氨氮的問題深入探討污水廠的實驗性課題研究
全康環(huán)保:處于溫帶也就是我國北方地區(qū)的污水廠，在冬季運行期間可能都要認(rèn)真考慮指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題，水溫的變化是對出水指標(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)性的運行問題。如果單純的解決水溫的問題是比較簡單的，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，和未來的碳減排的目標(biāo)是完全背離的。因此污水廠運管人員通常會采用增加混合液懸浮固體 (MLSS)、延長污泥曝氣時間或曝氣充氧量和延長污泥停留時間 (SRT) 來應(yīng)對季節(jié)性工藝問題。但是在實際操作中這樣也存在著伴生的其他問題，普通的活性污泥法工藝構(gòu)筑物的設(shè)計和參數(shù)設(shè)定都不是以高濃度的長污泥齡的活性污泥考慮的，過高的污泥濃度和過長的污泥齡往往帶來污泥泡沫和污泥膨脹等問題，使得冬季污水廠的運行管理困難度極大。
針對這樣的問題，污水廠常年處于困頓的運行狀態(tài)中，也激發(fā)了很多高校的科研機(jī)構(gòu)對污水廠的冬季問題進(jìn)行研究。每年都有大量的科技文獻(xiàn)對污水廠的冬季問題進(jìn)行科學(xué)的探討和研究，這些科技文獻(xiàn)資料從各個側(cè)面對污水廠的冬季運行問題進(jìn)行了深入的研究，今天我們就來了解一些關(guān)于季節(jié)變化對氨氮去除研究科技內(nèi)容。
對于常年運行污水廠的運維人員都比較了解，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調(diào)整活性污泥的性質(zhì)，提高活性污泥對氨氮的去除效果，但是受到實際工況和微生物反應(yīng)的未知的影響，很多時候采取工藝手段的周期性規(guī)律性非常難以掌控，造成冬季運行的時好時壞。
生物硝化過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。近年來的科技研究還發(fā)現(xiàn)了氨氧化細(xì)菌（comammox），它們能夠通過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過程，但是它們在生活污水處理中的作用需要進(jìn)一步研究，運營污水廠需要更多更詳細(xì)的細(xì)節(jié)來加以注意，以便更好的進(jìn)行工藝調(diào)控。
利用實驗室的研究提供了硝化過程中的很多方面的資料，比如堿度的消耗，對溶解氧的需求，對污泥齡的需求等等，這些發(fā)現(xiàn)對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)境問題的日益突出，對污水廠的處理出水指標(biāo)的越來越嚴(yán)苛的要求，污水廠必須進(jìn)行更精細(xì)化的工藝控制來提升硝化反應(yīng)的效果。這對硝化細(xì)菌的作用過程就需要進(jìn)行更為深入的研究，現(xiàn)在科技手段對微生物的研究已經(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)研究通過在實際運行的污水廠中，接引每日實際進(jìn)水，利用廠內(nèi)曝氣池內(nèi)的實際存在的活性污泥，建立了SBR模組進(jìn)行了長達(dá)一年的實驗，基本涵蓋了污水廠一年四季的水溫變化情況。通過采集活性污泥的樣本進(jìn)行DNA的測序分析，使用根據(jù)16S標(biāo)記基因的序列相似性對細(xì)菌進(jìn)行分類的宏基因組學(xué)中的OTU來進(jìn)行細(xì)菌的標(biāo)定。一個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，通過檢測不同溫度下的OTU的種類豐度來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，最終得出了一些實驗的結(jié)果：
1、溫度是SBR實驗反應(yīng)器中硝化菌多樣性變化的主要驅(qū)動因素
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 OTU 僅在SBR反應(yīng)器中的任何一個以季節(jié)性（單季、多季）或較短時間發(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，可以看出溫度對硝化作用的影響是很大的，進(jìn)一步的實地研究表明：
對特定地區(qū)的四個污水處理廠的設(shè)置的六個全尺寸SBR反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落動態(tài)表現(xiàn)出高度可重復(fù)和同步的季節(jié)性波動。經(jīng)過一整年的采樣，單個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，但每年會出現(xiàn)群落數(shù)量會持續(xù)漂移的情況。這種年度群落漂移將如何在長期年度時間尺度上影響活性污泥系統(tǒng)功能穩(wěn)定性和過程性能，需要在未來進(jìn)一步進(jìn)行研究。對于活性污泥系統(tǒng)，季節(jié)性溫度波動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了活性污泥微生物種群組成的變化。
這也說明我國北方污水廠在冬季運行期間，微生物的群落變化并不是主要的影響因素，可能更大的影響來源于微生物的反應(yīng)動力受溫度的影響更大，如何提升微生物的反應(yīng)動力可能是更主要的工藝調(diào)整思路。
通過這個科技文獻(xiàn)的解讀和我們實際污水廠的生產(chǎn)運營實踐，也說明了污水廠的實際運營問題的解決最終是需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究來驗證的，盲目的采取措施，碰運氣的調(diào)整方式將制約污水廠的精細(xì)化管理，建立污水廠運營管理和科研團(tuán)隊之間的信息溝通，激發(fā)科研團(tuán)隊來解決實際應(yīng)用問題的應(yīng)用型研究，也是污水處理行業(yè)未來能夠滿足全球水環(huán)境發(fā)展的迫切要求。