以活性污泥法为工艺的城市污水处理厂，针对其在运行中出现的氨氮处理率波动性变化问题，根据实测数据，找出了氨氮的去除与污泥负荷、溶解氧、温度等因素的关系，认为：对于活性污泥曝气系统，在去除氨氮必需的辅助条件（低污泥负荷、长泥龄、生物相稳定）具备的情况下，供氧量的提高对于氨氮的去除影响起到关键作用，溶解氧增加后氨氮去除率明显提高。
以处理生活污水为对象的活性污泥法工艺对氨氮的去除由于控制手段有限，加之所需的条件如温度、溶解氧、泥龄、污泥负荷等系统环境达到要求，特别是氨氮的去除受水温影响敏感且变化明显，所以在调控方面有一定的难度。对于不同温度、溶解氧工况下，氨化作用往往较快且不受影响，但硝化率却由于硝化菌的生理变化而产生波动。
曝气池中氧的消耗主要是有机物氧化还原和氨氮的硝化及细胞的合成，如控制氧量降低，短时间内有机物的去除与细胞合成不会受到影响，反而氨氮的硝化反应会明显改变，特别在低温条件下。综上所述，本人通过在某城市污水厂现场实验、工艺参数调整并结合化验数据分析得出氨氮的去除在不同水温时节及低温条件下氧量的调整对氨氮处理率变化影响。现控制方法及原理分别论述如下：
1.控制原理
在活性污泥微生物主体中保持并占有优势的常见的原生及后生动物的基础上培养并繁殖硝化菌、原生钟虫类，使其在活性污泥微生物中占有一定或主要优势，镜检观察指示性微生物为鳞壳虫、纤毛类会减少；主要优势菌种原生为钟虫、楯纤虫；后生为鞍甲轮虫及猪吻轮虫适量出现；并有少量累枝、表壳虫存在。
通过长期现场实验并结合进、出水指标分析得出控制氨氮的主因—溶解氧与温度起到关键性的作用，温度的变化基本形成规律，结合某厂工况，总结得出基本在5月中旬～12月末期为去除明显时期，但溶解氧的变化却不同，时刻影响氨氮的转化。
故而氨氮的去除在特定时节能保持较一定去除率，当然是在以保证达标与节能降耗的前提下。由于目前工艺调整手段有限，受来水波动变化影响，还有二沉池的反硝化状态等影响因素，就给工艺管理上带来一定的难度。所以在保证达标排放情况下对氨氮的去除需严格控制并掌握其机理。现结合某厂的实际运行情况分别论述泥量、负荷的参数控制与微生物种类对氨氮去除的影响：
1.1泥量的影响
通过2011年内夏季初至冬季中旬的数据分析，NH4-N的去除率基本受水温影响。＞13℃时硝化菌开始增殖；＞18℃且持续上升时则去除率明显；＜10℃去除率下降。夏季时泥量上的影响不大，值得注意的是在夏季时泥量受进水影响增殖缓慢，生化泥量处于较低浓度值，但也应注意适当排泥，以泥龄为操作导向，在保持系统稳定前提下，泥龄控制在8～11天。
高去除率为6月7日～12月10日持续六个月。通过2012年12月28日～2013年1月23日为期15天镜检观察，在冬季要保持氨氮的去除率应限定的提高污泥浓度，为原生钟虫类提供生存载体，使其占优势。从图1与表1可看出，钟虫数量上与泥量成正比关系，故保持3.8g/l浓度的泥量可影响氨氮的硝化反应。
图1
表1
1.2污泥负荷的影响
处于低负荷运行状态，与氨氮的去除率有一定的关系，因为低负荷运行条件下特别是当水温＞13℃时并持续保持在18℃以上时，为硝化菌提供了有利增殖环境，配合以延长世代周期、充足氧量，氨氮的去除则会更加明显。所以在氨氮的处理率上基本形成了一定的规律，在适当水温时节主要受水温度影响。从图2可以看出污泥负荷对氨氮去除无直接影响，但起到间接性作用。
图2
1.3微生物种类与氨氮去除的关联性
镜检分析微生物量与种类是最直接反映泥质与量的手段，通过分析可以掌握泥量的多少、菌胶团的结构、原生与后生动物的数量与活性等并结合现场工况对处理水质的动态变化影响，最终找出对氨氮的去除应选择相应的微生物种类，对氨氮的处理稳定提供保障，为生产调整提供科学有效依据。那么就针对氨氮的去除首先找出微生物的变化与氨氮去除率之间是否有一定的关联性。
在进行一段试验后，应总结分析。⑴在出水稳定情况下：生物相种类有哪些、哪些占优势、原生及后生动物的比例与生理状态等，并与以往同样系统稳定状态下有什么变化，形成图片与原始记录形式。⑵在出水波动时：上述情况会发生什么变化。就城市污水厂，镜检时如发现生物相出现累枝虫占优势（一般情况下其占有一定比例），如大量增殖（计数时显示多量）会说明活性污泥已经膨胀或由于骨架大而松散，直接反应为污泥沉降比形成絮凝体不明显或膨胀，是导致污泥膨胀的诱因之一。
通过对2012年12月28日～2013年1月23日共15天的微生物量与处理水指标对照图表1～4来看（主要以生物量较多的钟虫为代表），氨氮的去除率与钟虫量呈较好的相关性—成正比；从图3与表2中还可以看出：2013年1月11日钟虫数量两组生化池达到最高浓度时，氨氮的去除率为最大（67%）；1月23日钟虫数量降到最低，氨氮去除率降至21%。其他微生物种类因个数少而暂未找出相应关联。
图3
表2
图4
表3
总结分析得出：在冬季，应以限定的提高生化池污泥浓度为基础前提下，为钟虫提供良好的生存环境，使其在数量上占绝对优势，如镜检观察一滴混合样（0.05ml）里钟虫数量为100个以上、轮虫4～5个，同时有肋楯纤虫逐渐增加，累枝类占优势，氨氮的去除将会提高；另外应注意如果轮虫的数量有波动性变化与增加现象、侧跳虫的大量出现应检查系统内是否因排泥过量导致泥量偏低或间接产生过曝气现象，应预防生化池是否由于过曝气导致污泥自身氧化形成的增殖受限、菌胶团松散导致的二沉池沉降效果等。如发现泥量难以提高或持续走低则应降低曝气量或提高污泥负荷来为泥的增殖提供条件。
2.控制方法
活性污泥法对氨氮的去除，应找准硝化菌对水温依赖这一要点，充分利用好5月末至12月中旬这段有利时间，硝化菌的生理发展期到成熟阶段，利用可控参数调整其世代周期、需氧量及污泥负荷等，使各工艺参数之间的协调及稳定是最主要控制要点，但进水的波动势必会使系统受到冲击，微生物的耐受能力与适应性强弱等直接影响系统运行是否稳定，硝化菌一旦受抑制会很难恢复生理活动，甚至毁灭性的打击。故需加强上游外网点源排查，一旦来水异常立即上报相关部门处理，避免污水厂系统受影响。现以季节性控制方法论述如下：
2.1冬季～春初此阶段氨氮去除无明显效果，进水基质浓度较浓，气温处于全年最低阶段（6.4～13.5℃），氨氮的去除困难，往往进水氨氮在设计进水范围内却得不到好的去除效果。在水温低的条件限制下，当以高浓度活性污泥、较长的泥龄并在充足溶解氧含量条件下促使硝化菌尽可能占有一定比例，使其具有一定的硝化功能，生物相指示为常见活性污泥类如：原生动物钟虫类占绝对优势，轮虫类、有肋楯纤虫及累枝虫少量出现，展现出稳定的生物相。
控制方法：1.减少剩余排放，使生化池污泥浓度保持在2.7～4.3g/l范围内供给适量的溶解氧（生化池出口处2～3mg/l），污泥负荷保持低值0.10～015kgBDD5/kgMLSS*d，调整时应在系统的稳定前提下。
2.通过镜检观察并结合系统工况及处理率，认为在冬季生化池水温8℃左右时，溶解氧充足（气水比保持46：1）时，生物相以轮虫、累枝虫少量出现，以钟虫多量繁殖时系统对氨氮去除较好。
从表1中可以看出：11月16日调整风量前（280立方/分钟）时，氨氮去除率为90%左右；表2中可以看出：11月16日调整风量（150立方/分钟）到27日十天期间氨氮去除率仍保持79%，此期间氨氮与PH进水无波动变化，总磷利用率较好，生化污泥浓度略增殖，人为的泥龄拉长并没有改变出水硝酸盐含量的下降。
分析得出：在低水温与降低供氧条件下，生化池硝化菌并没有立即死亡或休眠，而是需经过一段时间后其在微生物相上的比例逐渐减少或不占优势影响氨氮的去除，硝态氮的变化正印证了这一点；11月27日后到12月17日共20天期间氨氮平均去除率为50%，此期间硝化菌逐渐死亡或处于休眠期，已不占优势，生物相观察为与正常供氧时的状态基本一致，只是供氧量不同；表3中看出12月17日恢复风量调整后，氨氮去除明显上升，平均去除率为73%，硝态氮出水的逐渐上升也印证了，风量加大后硝化反应得到恢复。
图5为调整风量前后氨氮去除率的变化
表4
表5DO对氨氮处理效果的影响
表6DO对氨氮处理效果的影响
此阶段出现的问题及解决办法：
1.容易发生生化池反硝化现象：可见生化池表面大面积漂浮泥并随混合液进入二沉池漂于池面，从而影响系统感观出水。原因为系统硝化反应正常时，大量的硝酸盐从二沉池返回到生化池，由于生化池溶解氧不足，发生反硝化反应。应提高生化溶解氧，控制出水2mg/l左右。
2.积压老泥：未及时的排泥，即给脱水带来负荷压力又使污泥浓度过高，过高的污泥浓度活性变差、厌氧等本质上的变化直接影响有机污染物的去除。应保持适当的排泥量，泥龄控制在10～20天之间，随时监测SV30、DO参数与镜检实验，确保工艺参数与工况运行匹配。
3.冬季SVI升高的预防与解决：冬季生化池溶解氧较低情况下，污泥指数容易上升，直接反应为沉降与压缩性变差，影响二沉池沉降效果，导致出水COD、SS上升等。应加大风量供给，短时间内效果明显。
2.2春末～夏初此阶段温度逐渐回升，水量平稳，进水有机质均匀。对于氨氮的去除为最佳时机。比如加大泥龄并经常计算泥龄，随时调整，保障生化溶解氧处于正常范围（出水2～3mg/l）左右，创造好的环境条件为使硝化菌与原生类钟虫在数量上占优势提供基础，混合液污泥浓度应逐减，速度不宜太快，回流比为定值（最佳比值70～80%），剩余的调节随工艺运行改变，泥龄不易过长，严密监控污泥的是否老化现象，本阶段如控制得当，则对于去除效果是很明显的。
此阶段常出现的问题及解决方法
1.污泥老化现象：沉降比上清液与二沉池水变浑、泥质发黑等。解决方法为加大排泥。
2.絮凝体膨松现象：为池内溶解氧的不足或进水水质的影响导致累枝虫增多引起的SVI上升，SV5值高，可认定为初始性膨胀。此时SV30与浓度值相关性偏离。解决方法为控制好排泥是一方面，另外可加大池内溶解氧是不可缺少的调整手段，有利于改善泥质与硝化菌的培养。
2.3夏季～秋季此阶段气温由高到低的过程，正是系统内氨氮转化及去除率保持最高水平，生化池内污泥浓度处于低值且泥龄不长，如各参数匹配合理，应该是一个稳定的运行阶段，其中进水水质的检测为重点，容易出现氨氮的来水波动，另外系统的低负荷运行为硝化菌提供增殖条件。
此阶段常出现的问题及解决方法
1.反硝化现象：适宜的水温、系统低负荷运行条件下，氨氮的去除率保持上升且较低值出水，溶解氧的控制过高会导致反硝化上浮污泥的发生，会在二沉池运行状态及SV30实验反映出来，暂不详述。解决方法为逐减泥量、降低溶解氧、回流比适当上调及加强进水水质检测等。
2.不合理的排泥会使二沉池反硝化加重，进一步为硝化菌提供生存条件，系统内硝化反应过度导致生化池漂泥与二沉池大量泥块上浮并容易聚结与顺水流失而影响出水。控制的要领为以氨氮出水在要求范围，不可盲目以大幅度削减氨氮为目的来调整，这样既不经济也无意义。
2.4秋季～冬季此阶段气温会逐渐降低，生化池污泥量应逐渐增加，各工艺参数如进水量、溶解氧、回流比及剩余排放等应逐渐做相应调整，应注意的是泥龄、溶解氧水温及污泥浓度参数变化。着重使泥龄加长，有限度的保持一定污泥浓度，池内溶解氧以偏高为好，使硝化菌群占有一定比例，硝化程度加快，但应注意过曝气的发生。
常见问题与冬季问题一致，概不阐述。
结语
1.以活性污泥法为工艺的城市污水处理厂，特别是常年低负荷运行，对于城市污水厂氨氮的控制既要考虑到当时的季节条件又要分析运行参数。溶解氧充足、保持适度污泥量计低负荷运行为氨氮硝化与优势菌种-钟虫的繁殖与硝化菌的激活提供环境条件，促使氨氮可以在低温条件下仍能产生硝化反应。
工艺调整方面，特别是剩余排量的调整需有一定的限度，如过大则泥量的增殖会很慢（受常年低负荷影响），对于冬季保持一定污泥浓度与原生钟虫类占优势会受影响，低温条件下氨氮的去除难以实现，另外间接的提高生化溶解氧而形成过曝气影响沉淀效果。
2.在微生物镜检方面应总结出适合本身的活性污泥微生物种群数量变化规律，用于指导生产，不可盲目套用，最后归纳一下几点：
2.1当钟虫类及有肋楯纤类锐减时而相继出现累枝类的增殖，侧跳虫的大量出现预示着系统因过度排泥，生化池泥浓度下降导致氨氮的去除率下降，泥龄也相应缩短，间接提高溶解氧而形成泥结构松散。
2.2当轮虫较多出现时（1滴混合液0.05ml里发现10个以上），说明曝气池入水底物浓度低，溶解氧含量偏高。如过量增殖则指示曝气过度，应及时调整，否则易形成泥的自氧化于增殖受限。
对于氨氮的控制，一是对水质安全的定期检查，二是系统内工艺参数的及时调整最为关键，三是镜检的分析要跟上。以上三种措施得当，找出相应规律，做好相应的总结分析与图片资料的保存并达到科学性、准确性及合理性，最终为污水厂工艺运行的技术性分析提供依据。还可作为特殊情况时事故的分析凭证与法律诉讼依据。
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