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生物脫氮對環境條件敏感，容易受溫度變化影響。絕大多數微生物正常生長溫度為20~35℃，低溫會影響微生物細胞內酶的活性，在一定溫度范圍內，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，若不加以人工調控，溫度很難保持適宜。而溫度調控則會耗費大量的能源。
一、 低溫對硝化反硝化的影響
溫度是影響細菌生長和代謝的重要環境條件。絕大多數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、中間產物的形成以及各種物質在溶液中的溶解度，以及有可能影響到產氣量和成分等。低溫減弱了微生物體內細胞質的流動性，進而影響了物質傳輸等代謝過程，并且普遍認為低溫將會導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的。
硝化細菌
生物硝化反應可以在4~45℃的溫度范圍內進行。氨氧化細菌(AOB)合適生長溫度為25~30℃，亞硝酸氧化細菌(NOB)的合適生長溫度為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硝化工藝穩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，經過數月的實驗分析發現反硝化速率呈現季節性變化。
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℃下反應器的反硝化速率僅為15℃下的55%。
二、 冬季生物脫氮不達標怎么辦？
1、加熱
現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泡保溫板保溫，外砌磚圍護(爐渣、膨脹珍珠巖等填充)結構，池頂加蓋等保溫措施；
(2) 鼓風機一側設空氣預熱室，將冬季-10～-20℃的冷空氣預熱到5～8℃；空氣管道設置管廊，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
提高泥齡的表現是MLSS的提高，冬季微生物增殖緩慢，做為自養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(顏胖子：目的是保證硝化細菌為優勢菌種)，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定。
3、生物固定化（填料）
經固定化處理后，微生物的抗逆性能提高，能耐受外界環境的變化，從而保持了較高的活性。此外，微生物經包埋固定后持留能力得以增強，可望實現反應器的快速啟動和穩定運行。
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的含耐冷菌的硝化污泥，用于處理常溫和低溫生活污水。結果表明，經過固定化處理的硝化菌群即使在低溫條件下，也表現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，結果表明，經過固定化處理，提高了反硝化細菌對溫度的適應性，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手段，然而也會使微生物活性有所降低，且固定化后，傳質阻力會增大，氧的傳質阻礙尤為明顯，固定化更能在厭氧條件下發揮其優勢。此外，其成本也有待技術經濟評估。
4、馴化
馴化就是人為的在某一特定環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境中的重要措施，使微生物體內的酶和細胞膜的脂類組成能夠適應低溫環境，并能在低溫條件下發揮作用。
大量研究表明，通過適當的馴化策略，經歷一定的馴化時間，低溫脫氮工藝可以實現穩定運行。
R.D.Jones等認為，如果將AOB的運行溫度從30℃直接降至5℃，會導致其失活。逐步降低運行溫度，AOB可調整細胞膜中的脂肪酸類型使其在低溫條件下不易凍結。
