作者（zhě） | 上海保碩生物科技有限公司 耿英（yīng）慧 華（huá）東師範大學（xué） 張（zhāng）明

來源 | 騰氏水產商務網-當代水產雜誌社 

1.1 試驗地（dì）點

上海RW原水廠

1.2 試驗工藝（yì）流程

主要設備如下：空氣壓縮，機型號VW-0.5/9-SA，南京（jīng）尚愛機電有限公司；壓縮機油水塵分離器，型（xíng）號YSCFG-1.0/1.0，南京尚愛機電有（yǒu）限公司；立式離心泵，上海凱泉給水工程有（yǒu）限公司（sī）；加氨泵，型號ES-B10VC-230N1，日（rì）本；轉（zhuǎn）子流量計，LZB-10，浙江餘姚，試驗工藝流（liú）程如圖1所示。

■圖（tú）1 試驗工藝流（liú）程 

1.3 生物處理池（chí）設計參（cān）數

生（shēng）物處理柱直徑400mm，柱內水深4m，填料為聚苯乙烯白（bái）色球形，粒（lì）徑8～10mm，密度0.02 g/m³，填料堆積高度為2m，曝（pù）氣區高度800mm，濾柱底部設穿孔管曝氣係統，孔徑2mm，氣水同向流。 

1.4 試（shì）驗運（yùn）行工況（kuàng）和水（shuǐ）質條件

水力負荷為8m³/m²·h（HRT=30min），氣水比為（wéi）0.5。試驗期間原水氨氮濃度在2.27~1.50mg/L，平（píng）均為1.68 mg/L，COD_Mn在（zài）5-7mg/L範圍波動，進水溶解氧5mg/L以上，進水pH均值7.55，進（jìn）水濁度均值（zhí）56.38。

1.5 試（shì）驗指標的分析測定

1.5.1 試驗水質分析項目與測定方法

試驗期間氨氮、COD_Mn均采用每（měi）6小（xiǎo）時取（qǔ）生物處理池進出水即時樣，置於4℃冰箱中保存，混合（hé）後進行水質分析，其餘指標為即時樣（yàng）測定（dìng）。

常規（guī）指標測定項目與測定方法：水溫，水銀溫度計（jì）；流量，轉子流量計；氨氮，0.45µm濾膜過濾，鈉氏試劑比色法；COD_Mn ，酸（suān）性高錳酸鉀法（fǎ）；溶解氧，溶解氧儀（OXI330/SEF德國）。

1.5.2 填料幹重采用烘幹法

取一定（dìng）的填料於103℃~105℃烘2h，幹（gàn）燥器內恒重2h後稱量。

2.1 低溫對氨（ān）氮去除效果的影響

生物（wù）膜法處理原水主要是依靠附著於填料上的微生物的新陳代謝活動而去除汙染物的，因此凡是影響到微生物代謝活動的因素，必然也對處理效果造成影響。在以硝化為主（zhǔ）的原水生（shēng）物預處理中水溫是影響硝化過程的一（yī）個主要因素。

從圖2中看出（chū）在水溫4.6℃~13.4℃範（fàn）圍內，氨氮去除率（lǜ）與水（shuǐ）溫有線性相關，隨著（zhe）水（shuǐ）溫的降低，氨（ān）氮（dàn）去除率也逐漸降低。

在8.4℃~13.4℃範（fàn）圍內氨氮去除率（lǜ）基本（běn）都在80%以上，平均為83.7%，與20℃以（yǐ）上的常溫下的（de）處（chù）理效果（HRT=30min，原水氨氮平均為1.62mg/L，平均去除率為84.5%）並無太大差距，這表明對該生物處理係統而言8.4℃以上的水溫對（duì）氨氮的處理效果不構成太大的影（yǐng）響，從而也不影（yǐng）響係統工藝的正常運行。但水（shuǐ）溫在8.4℃以下時，氨氮（dàn）的（de）去（qù）除率受溫度的影響（xiǎng）明顯加劇，降低幅度大，8.4℃~6℃氨氮去除率平均約為66.2% ，比20℃以上的（de）常溫下處理效率平均降（jiàng）低了17.5個百分點，6~4.6℃氨氮去除率平均約為43.0%，比20℃以上的常溫下平均（jun1）降低了40.7個百分點，在8.4℃~4.6℃範圍內溫度每（měi）降低1℃，氨（ān）氮去除率降低約10個百分點，這說明在（zài）本試驗的條件下8.4℃左右存（cún）在著一個對生物膜活性產生巨大影響的溫度點。

Focht D.D.和 Verstraete W認為低於15℃硝化速率明顯下降，在12℃時降（jiàng）低約50%，張東等以YDT波紋彈性填料的低溫試驗結果為水溫（wēn）在10℃以上（shàng）時，生化池氨氮平（píng）均去除率（lǜ）在60%左右，水溫對氨氮的平（píng）均去除率無明顯的影響；水溫降到10℃以（yǐ）下，生化池氨（ān）氮的平均去除（chú）率在37%～41%。本試驗的結果與這（zhè）些觀點有些不同，這些差別可能與填料的結構性質、原水水質或（huò）水體微生物種類有關。

試（shì）驗期間有一段時（shí）間水溫有所回升至（zhì）6℃~8.4℃，氨（ān）氮去除（chú）率平均約為65.7% ，與此範圍（wéi）內溫度下降時平均（jun1）氨氮去除率66.2%相比處理效果相差（chà）不大，活（huó）性的恢複過程是（shì）很快的。這（zhè）進一步說明低溫對生物處理係統的影響不是使生物（wù）膜上生物量的（de）減少或低溫導致其死亡，而是使硝化（huà）細菌生物活性降低（dī）。

2.2 生物膜耗氧速率比（bǐ）較

耗氧速率是在相同的環境條件（溫度，pH等）下，單位重量的生物膜在單位時間內對溶解氧的（de）消耗量，可以反映生物膜活性的強（qiáng）弱。本試（shì）驗在其它環境條件相同，不同溫度下對裝置下層（0.5m處）填料生物（wù）膜耗氧速率進行了測定（dìng），結果如（rú）下圖，生物膜耗氧速率隨溫度的降低而減少，在低溫下（xià）6.5℃~3.4℃範（fàn）圍內生物膜上微生物（wù）對氧的利用（yòng）率明顯降低，並且在這個（gè）溫度範圍內耗氧速率的（de）數值相差不大，為0.24~0.32mgO₂/h·g幹重填料左右，這說明在低溫下生物膜的活性明顯減弱。

低溫對生物處理係統運行效果的影響主要（yào）是通過微生物生化（huà）反應速率和基質的傳質效率兩方麵進行的。

一方麵由溫度與生化反應（yīng）速率之間的關係：

r_T=r₂₀φ^（T-20）式中， r_T ：水溫T℃的（de）生化反應速率； r₂₀ ：水溫20℃的生化反應速（sù）率；φ：溫度係數，一（yī）般取1.03。

可知在水溫為10℃的生化反（fǎn）應速率是在20℃時的74.4%。生化反（fǎn）應速率降低主要是因（yīn）為（wéi）低溫下酶活性降低，因而影響了對底物的催化效率。

另（lìng）一方麵溫度對處理效果的影響（xiǎng）還（hái）體現在基質的傳質效率上，水溫降低時水的粘度增大，致使底物在水和生物膜的擴散阻力（lì）增大，導致底物的傳質效率降低。以溶解氧（yǎng）為例（lì），氧（yǎng）的總轉移係數與溫度的關係：

K_La（T）=K_La（20）φ^（T-20）式中，K_La（T） ：水溫T℃時氧的總轉移係數，s^-1；K_La（20）：水溫20℃時氧的總轉移係數，s^-1； φ：溫度係數，一（yī）般取1.024。

由公式可知溫度由（yóu）25℃降為15℃時，氧的總（zǒng）轉移係數降低22%左右，由於溶解氧擴散係數與擴散速率成正比，所以（yǐ）水溫的降低會導致溶解氧擴散速（sù）率下降。

基於上述理論分析和（hé）試驗的結果，建議從以下5個方麵優化生物膜法係統改善低溫運行效率，以及在水產養殖上提高（gāo）活菌製（zhì）劑低溫下淨水效果。

3.1 適（shì）當提高水體（tǐ）溫度至係統最低有效溫度的限度之上

不（bú）同生物處理係統（或活菌（jun1）製劑）有不同有效的（de）下限溫度，通過對（duì）運行數據分析找出這個最低有效溫度，如本試驗提及的關鍵溫度點8.4℃，適當提（tí）高溫（wēn）度是最直接有效的方（fāng）式，但這在處理量達（dá）上百萬噸的原水來講是不可能實現的，而在溫棚對蝦養殖和工廠化養殖中可以通過覆蓋薄（báo）膜、加地熱水或鍋爐加溫達到升溫目的。

3.2 維持微生物所需最佳營（yíng）養、水質環境。

增加水體基質濃度，有利於生（shēng）化反應的順利（lì）進行。如提高（gāo）溶解氧的濃（nóng）度可以提高傳質效率，可以加快硝化反應（yīng）速率，另外曝氣量（liàng）的增加還（hái）可以減少生物膜上懸浮物的積累和老化生物（wù）膜（mó）的脫（tuō）落，使生物膜處在（zài）最佳狀態。

在以硝化（huà）反應為主的係統中，硝化細菌在微堿性的環境中生長良好，對pH的變化反應明（míng）顯，理論計算硝（xiāo）化細菌氧化1mgN-NH₃，需要消耗 7.14mg 堿度，故適（shì）當提高水體pH值和維（wéi）持適宜的堿度，硝化細（xì）菌（jun1）才能很好的發揮作用。

水產養殖（zhí）中潑灑（sǎ）類活菌製劑進入水（shuǐ）體後繁殖速度快慢，與水體的營養（yǎng）水平有很大的（de）關（guān）係。如果水體營養成分單一或失衡，有些異養菌為主的活（huó）菌製劑繁殖會受到影響，此（cǐ）時應向水體中適當補充缺（quē）乏的營養才能達到更好的效果。如對於反硝化細菌，水體中（zhōng） BOD₅/TN<3，需要補充碳源才能有較好的脫氮作用。

3.3 延長水力停留時間

延長水力停留時間包括減少進（jìn）水流量、降低水（shuǐ）力負荷，使底物和（hé）生物膜有足夠長的接觸時間，有助於改（gǎi）善生物膜法係統低溫（wēn）處理效果。

對水產（chǎn）養殖水體而言應減（jiǎn）少換水量導致的活菌的流失。

3.4 增加生物處理（lǐ）係統的生物量

增加生物處理係統的生物量，低溫下微生物的活性降（jiàng）低（dī），增（zēng）加參（cān）與處理的微生物數量（liàng）可以考慮選用表麵積大的填（tián）料和增（zēng）加填料層深度（dù），有助於提高低溫下的效果。

活菌製劑也可（kě）以（yǐ）考（kǎo）慮活化或（huò）擴大（dà）培（péi）養來增加生物量（liàng）。

3.5 耐冷微生（shēng）物篩選

近年來，低溫微生（shēng）物在汙水處理領域（yù）應用逐漸（jiàn）受到重視，吳迪等篩選的耐冷酵（jiào）母（mǔ）在8℃，對模擬汙水中的COD和有機氮等（děng）具有去除效果；李海礁等篩選出一株嗜冷芽孢杆菌，在15℃條件下對模擬汙水和微汙染水樣（yàng）中有機質降解率分別達到21.56%和50.14%。

Monrita認為（wéi）低溫微生物可以分為兩（liǎng）類，一類是最適（shì）生長溫度低於15℃，生長上限低於20℃，在0℃可（kě）生長繁殖的微生物為嗜冷（lěng）菌；另一類是（shì）最適溫度高於15℃，生長上限溫度高於20℃，在0℃~5℃可生長繁（fán）殖的（de）微生物稱為耐冷菌。我們要借助生物工程技（jì）術，從特定環境采樣、富集、分（fèn）離出適合（hé）水產養殖和汙水處理（lǐ）的耐冷菌，通過工（gōng）業（yè）化生產、以生物（wù）強化的方式來放大低溫微生物的特性，進一步提高低溫淨水效果。