耐低溫生物脫氮機(jī)制與對(duì)策研究進(jìn)展

陸浩良，田晴，朱艷彬，張健，焦彭博，林歡

（東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海201620）

水中的氮（N）、磷（P）等營(yíng)養(yǎng)元素的累積會(huì)引起富營(yíng)養(yǎng)化，因此脫氮除磷是污水處理的重要任務(wù)。目前城市污水處理廠大多采用A2/O、氧化溝（oxidation ditch）或序批式活性污泥法（SBR）等生物處理工藝，雖然上述工藝能夠有效去除污水中的氮磷等元素，但如需保持較高的脫氮除磷效率，需要控制曝氣量與投加額外碳源[1]。為了降低運(yùn)行成本，研究者從這兩個(gè)角度出發(fā)，提出了厭氧氨氧化（anammox）、同步硝化反硝化（SND）等工藝。然而以上所提及的生物處理法中功能菌的生存都依賴于適宜的溫度，例如硝化菌的最佳生長(zhǎng)溫度為20～30℃。由于地理位置和季節(jié)的變化，難免有低溫環(huán)境存在，相關(guān)研究表明，長(zhǎng)期的低溫環(huán)境非常不利于微生物的生長(zhǎng)代謝和水中污染物的去除，低溫會(huì)導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、生長(zhǎng)速率下降、生理特性惡化等，使得出水氨氮和總氮不達(dá)標(biāo)。尤其是在我國(guó)的北方地區(qū)，以東北地區(qū)為例，年均氣溫約為5℃，低水溫使得污水處理廠的出水氨氮和總氮很難達(dá)到生物處理的要求。針對(duì)上述原因，研究低溫條件下高效脫氮、掌握低溫硝化菌的脫氮性能，有利于提高污水處理廠的出水效果，具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

1 低溫微生物

1.1 低溫微生物的分類(lèi)

圖1 溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響

不同種類(lèi)的微生物適合不同的生長(zhǎng)溫度，溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響如圖1 所示[2]，通常溫度低于15℃便是低溫[3]。近年來(lái)，各國(guó)研究者對(duì)地球上各種水生和陸地寒冷環(huán)境中的低溫微生物進(jìn)行了多方位的研究，低溫微生物的概念也隨著研究的深入在不斷地完善。自從1887年Forster首次發(fā)現(xiàn)在0℃條件下生長(zhǎng)的微生物以來(lái)，先后出現(xiàn)描述低溫微生物的名詞多達(dá)十幾種。目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可的是Morita[4]于1975 年給出的定義，他將這類(lèi)微生物主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是必須生活在低溫條件下且最高生長(zhǎng)溫度不超過(guò)20℃、最適生長(zhǎng)溫度在15℃以下、在0℃可生長(zhǎng)繁殖的微生物稱嗜冷菌（psychrophiles）；另一類(lèi)其最高生長(zhǎng)溫度高于20℃、最適生長(zhǎng)溫度高于15℃、在0～5℃可生長(zhǎng)繁殖的微生物稱為耐冷菌（psychrotrophs），適合用于低溫污水的生物處理。在污水生物脫氮中，耐冷菌與中溫菌起著關(guān)鍵的作用。

1.2 低溫微生物的耐低溫機(jī)制

低溫對(duì)細(xì)胞完整性、水黏度、溶質(zhì)擴(kuò)散速率、膜流動(dòng)性、酶動(dòng)力學(xué)以及生物細(xì)胞內(nèi)外生物大分子之間的相互作用均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞功能產(chǎn)生不利的物理化學(xué)約束[5]。為應(yīng)對(duì)低溫帶來(lái)的不利生長(zhǎng)條件，低溫微生物已經(jīng)進(jìn)化出一系列的響應(yīng)機(jī)制，使其能成功地抵消伴隨低溫出現(xiàn)的各種不利生長(zhǎng)因素，如干燥、輻射、過(guò)度紫外線、高滲透壓和低營(yíng)養(yǎng)等惡劣環(huán)境[6-7]。目前已被廣泛研究的耐低溫機(jī)制包括耐冷菌在低溫環(huán)境中對(duì)膜流動(dòng)性的保持、表達(dá)冷休克蛋白、調(diào)整酶結(jié)構(gòu)、積累相容性溶質(zhì)等[8-9]。此外，有研究表明微生物產(chǎn)生的胞外聚合物（EPS）和胞內(nèi)多聚物聚羥基脂肪酸酯（PHA）也可以用來(lái)抵御寒冷[10-11]。圖2是作者綜合了各類(lèi)文獻(xiàn)中低溫微生物應(yīng)對(duì)低溫生長(zhǎng)條件所表現(xiàn)出的各類(lèi)響應(yīng)機(jī)制的研究成果[12]繪制的低溫微生物假想的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

1.2.1 胞外聚合物（EPS）

圖2 綜合文獻(xiàn)研究結(jié)果所描繪的低溫微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)

生物廢水處理系統(tǒng)中，微生物大多以聚集體的形式存在，例如污泥絮體、生物膜和顆粒污泥[13]。微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中會(huì)分泌EPS[10]，分布于細(xì)胞表面，有利于微生物細(xì)胞的凝聚。EPS的主要成分為蛋白質(zhì)、多糖、核酸、磷脂及腐殖質(zhì)。韓曉云[14]發(fā)現(xiàn)，EPS 可以在外界碳源和能量不足的情況下，為微生物的生長(zhǎng)提供能量與碳源；此外，EPS也可以幫助微生物抵御外界環(huán)境的變化，如抗?jié)B透壓，協(xié)助微生物抵抗低溫等。Ma 等[15]在研究膜污染時(shí)發(fā)現(xiàn)膜的污染程度隨著溫度的降低而逐漸加劇，這個(gè)現(xiàn)象從側(cè)面反映出EPS 的含量與溫度成負(fù)相關(guān)。Nichols 等[16]研究了ACM025細(xì)菌在-2℃、10℃和20℃下的EPS 產(chǎn)生量，發(fā)現(xiàn)-2℃和10℃產(chǎn)生的EPS量約為20℃時(shí)的30倍，ACM025具有的耐低溫特性與其產(chǎn)生的大量EPS有一定相關(guān)性。He等[17]認(rèn)為在一定溫度范圍內(nèi)，高溫或低溫都將促使更多的EPS產(chǎn)生，因?yàn)楦邷啬芗铀倜复俜磻?yīng)，從而導(dǎo)致更多的EPS產(chǎn)生，而較低的溫度則會(huì)刺激微生物分泌更多的EPS，這有利于微生物的聚集。有人在南極和北極采用宏基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了許多EPS生物合成基因[18]。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)EPS的凝膠基質(zhì)可以充當(dāng)溶質(zhì)的擴(kuò)散屏障，通過(guò)減少溶質(zhì)擴(kuò)散來(lái)減小冷凍誘導(dǎo)的滲透壓和干燥損傷[19]。迄今為止，與其他耐冷機(jī)制相比，溫度對(duì)EPS影響的研究還比較少，在應(yīng)對(duì)低溫方面的重要作用才剛剛開(kāi)始被揭開(kāi)，需要進(jìn)一步研究以更好地了解EPS對(duì)微生物的作用機(jī)理及其生理生態(tài)功能與組成結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

1.2.2 聚羥基脂肪酸酯

聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoate, PHA）是一類(lèi)胞內(nèi)多聚物，當(dāng)碳源充足而營(yíng)養(yǎng)元素（N、P、S、O）不足以保證細(xì)胞的正常繁殖時(shí)，細(xì)胞就會(huì)合成能量貯存顆粒[20]，可以把PHA看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)能量庫(kù)，當(dāng)外界營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)，PHA 可以賦予微生物一定的生存能力和對(duì)外界各種環(huán)境變化的抵抗力。本文作者課題組研究發(fā)現(xiàn)，周期性地往反應(yīng)器中投加高濃度的碳源能夠使很多具有脫氮、除磷功能的微生物富集PHA，從而增強(qiáng)脫氮除磷效果[21]。Inoue 等[22]認(rèn)為PHA 作為一種能量貯存物質(zhì)，能夠很好地抵御外界環(huán)境的變化。Ting等[23]通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示S. alaskensis菌株在低溫條件下，與PHA 合成相關(guān)的酶的豐度會(huì)增加，以確保其在低溫下保持正常的生理功能。在各種各樣的PHA中，聚羥基丁酸酯（polyhydroxybutyrate, PHB）是研究最廣泛的，Raiger-Iustman 等[24]分離并研究了南極菌株P(guān)seudomonas extremaustralis，發(fā)現(xiàn)它能產(chǎn)生PHB，而PHB 正是其對(duì)抗包括寒冷在內(nèi)的各種脅迫的碳源與能源功能性多聚物。目前為止，研究者已經(jīng)從南極淡水和土壤中分離出了許多產(chǎn)PHA 的細(xì)菌菌株，這表明積累PHA 是許多細(xì)菌用來(lái)應(yīng)對(duì)寒冷環(huán)境的策略之一。Sedlacek 等[25]發(fā)現(xiàn)細(xì)菌細(xì)胞中PHA 的存在顯著增強(qiáng)了它們?cè)跐B透壓不平衡時(shí)維持細(xì)胞完整性的能力，非嗜鹽細(xì)菌Cupriavidus necator由于PHA 的存在減少了滲透壓上升期間質(zhì)壁分離誘導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)膜損傷；在嗜鹽細(xì)菌Halomonas halophila中也觀察到了PHA 對(duì)低滲裂解的保護(hù)作用。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明了富含PHA 的細(xì)胞能夠比PHA 貧乏的細(xì)胞更有效地保持細(xì)胞完整性，PHA 能夠在極端環(huán)境（低溫、高滲透壓和高鹽度等）下保障微生物進(jìn)行正常的生長(zhǎng)代謝[26]。

2 生物脫氮工藝中功能菌的耐低溫機(jī)制

溫度是微生物生長(zhǎng)最重要的因素之一，由于水溫的降低，污水處理廠中微生物的生化反應(yīng)速率會(huì)下降，嚴(yán)重影響微生物的生長(zhǎng)代謝，進(jìn)而也會(huì)影響微生物對(duì)基質(zhì)的利用效率[14]。例如硝化菌在20～30℃的常溫條件下，硝化速率為4.0～6.0 mgNO3ˉ-N/(gVSS·h)，而在10～16℃的低溫條件下，硝化速率則降至2.0～3.0 mgNO3ˉ-N/(gVSS·h)[27]。近年來(lái)，低溫脫氮研究方向的相關(guān)論文數(shù)量及分類(lèi)如圖3 所示，其中生物膜工藝基礎(chǔ)上衍生的各種新技術(shù)是研究的重點(diǎn)。相比于生物脫氮來(lái)說(shuō)，低溫對(duì)除磷的效果基本沒(méi)有什么影響[28]。甚至有報(bào)道稱，低溫下的除磷效果比高溫時(shí)還要好，有可能是因?yàn)榈蜏叵履承┪⑸锏幕钚允艿搅艘种?，例如聚糖菌（GAO）不能在低溫下與聚磷菌（PAO）競(jìng)爭(zhēng)碳源[29]。但也有研究表明低溫對(duì)生物除磷效果有一定的影響，主要有以下兩個(gè)原因，首先是在低溫條件下，微生物的生長(zhǎng)代謝速率減緩，傳質(zhì)速率下降；其次是低溫限制了反硝化菌的活性，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮積累，使得反硝化菌與聚磷菌競(jìng)爭(zhēng)碳源[30]。

圖3 2010—2018年低溫生物脫氮研究方向的論文數(shù)量（Web of Science?2019 Clarivate）

2.1 AOA與AOB在廢水脫氮中的作用

水中的氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程稱為硝化反應(yīng)。人們普遍認(rèn)為硝化反應(yīng)分為兩步，氨態(tài)氮首先被氨氧化古菌（AOA）和氨氧化菌（AOB）氧化成亞硝酸鹽，然后再被亞硝酸鹽氧化菌（NOB）進(jìn)一步氧化成硝酸鹽，然而Daims 等[31]發(fā)現(xiàn)的全程硝化菌（comammox）推翻了100 多年來(lái)人們對(duì)硝化過(guò)程的認(rèn)識(shí)，該菌直接可以將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。有研究者對(duì)冬季污水處理廠中的AOA 與AOB 進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)它們可以在污水處理系統(tǒng)中共存[32]，但目前污水處理廠中comammox 的分布仍不清楚，若能清楚掌握comammox 的低溫生長(zhǎng)特性，將是低溫污水生物脫氮研究的重大進(jìn)展。目前已知的大多數(shù)AOA 的細(xì)胞體積普遍比AOB 的細(xì)胞小10～100倍，AOA 的氨氧化速率要比AOB 低10 倍[33]。AOA細(xì)胞特殊的四醚脂質(zhì)膜比AOB 細(xì)胞膜的滲透性更低，相對(duì)于AOB，AOA 的無(wú)效離子循環(huán)量及其耗費(fèi)的能量會(huì)更低，從而提供其適應(yīng)極端環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。此外，根據(jù)冷凍電鏡中對(duì)細(xì)胞切片的斷層掃描數(shù)據(jù)分析，AOA 的核糖體數(shù)量眾多，使其能夠?qū)Νh(huán)境條件的變化（如氨濃度波動(dòng)）做出快速反應(yīng)。與AOB 相比，大多數(shù)AOA 能高度適應(yīng)低能量的環(huán)境。因此，若能在低溫或低溶解氧的廢水處理系統(tǒng)中有效地培養(yǎng)和富集AOA，則可能緩解寒冷地區(qū)污水處理廠頻發(fā)的硝化不良問(wèn)題。

2.2 微生物群落結(jié)構(gòu)的演變

溫度變化對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和物種豐富度有著顯著的影響[15]。由于溫度脅迫下微生物的敏感性和抗性會(huì)有差異，低溫可以改變生物廢水處理系統(tǒng)中的微生物群落結(jié)構(gòu)，甚至?xí)档臀⑸锶郝涞亩鄻有院臀锓N豐富度，從而導(dǎo)致工藝性能惡化[34]。Zhou等[35-36]研究了三種溫度（25℃、15℃、10℃）下混合A/O反應(yīng)器中的微生物群落變化與脫氮效率之間的關(guān)系，結(jié)果在門(mén)水平上共觀察到10 種目前已知的菌門(mén)，其中主要是變形桿菌門(mén)（Proteobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、硝化螺旋桿菌門(mén)（Nitrospirae）和厚壁菌門(mén)（Firmicutes）。盡管它們之間的差異比較顯著，但微生物群落結(jié)構(gòu)在不同溫度下大體還是相似的。當(dāng)溫度逐漸降低時(shí)，反應(yīng)器中厚壁菌門(mén)的豐度一直穩(wěn)定在2%以上，由于厚壁菌門(mén)在缺氧條件下可以利用硝酸鹽進(jìn)行反硝化，因此該混合反應(yīng)器的總氮效率仍維持在一個(gè)較高的水平。Wang 等[37]分別在冬季（約7℃）和秋季（約22℃）在安徽巢湖沿岸采集沉積物樣品，克隆和測(cè)序分析表明，微生物受不同環(huán)境因素的影響會(huì)呈現(xiàn)出不同的分布模式。大量的AOA 和厭氧氨氧化菌（anammox）表現(xiàn)出空間異質(zhì)性，反硝化菌和異化硝酸鹽還原菌（DNRA）的數(shù)量比例也會(huì)隨著溫度的變化而改變。以上研究結(jié)果均表明了低溫對(duì)微生物結(jié)構(gòu)有著顯著的影響。

2.3 低溫脫氮功能菌的發(fā)現(xiàn)

自從20世紀(jì)80年代初，Robertson和Kuenen首次從硫氧化水處理體系中分離出具有異養(yǎng)硝化功能的菌株以來(lái)，各國(guó)研究者相繼報(bào)道了各種低溫下具有脫氮功能的菌株與菌群。Zhang 等[38]在研究低溫脫氮時(shí)報(bào)道過(guò)Microbacteriumsp.SFA13這種菌能在5～8℃下進(jìn)行異養(yǎng)硝化作用。秦必達(dá)[39]在此基礎(chǔ)上篩選出了假單胞菌屬（Pseudomonassp.） 中的Pseudomonas mohnii. M-8，其在2℃下仍具有良好的脫氮性能。Huang 等[40]在實(shí)驗(yàn)室中分離出了Acinetobactersp. Y16，該菌株在低C/N 比和低溫條件下能有效去除氨氮，但沒(méi)有考察其在實(shí)際水處理工程中的穩(wěn)定性。Yao 等[41]通過(guò)逐步增加溶解氧濃度成功富集和馴化了一種具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化功能的混合菌群，在10℃條件下，該菌群對(duì)氨氮和硝態(tài)氮的去除能力很高，在其富集過(guò)程中混合菌群的生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，Pseudomonaspp. 和Rhodoferax ferrireducens逐漸成為富集菌群中的優(yōu)勢(shì)物種，其中前者在硝化-反硝化過(guò)程起主要作用，而后者則利用硝態(tài)氮作為其電子受體和氮源。路俊玲等[42]通過(guò)微生物連續(xù)富集分離，篩選得到了1株低溫下具有反硝化功能的菌株，將其命名為N3，并研究了其在低溫條件下的脫氮性能。結(jié)果表明，N3在C/N為8、4℃條件下，36h內(nèi)即可將15mg/L硝酸鹽完全去除；反硝化基因narG 和nirS 的表達(dá)與30℃下的表達(dá)量處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)；此外，固定化N3 菌株在連續(xù)運(yùn)行54 天后仍保持良好的穩(wěn)定性和脫氮效果。菌株N3 在低溫下具有的高效反硝化脫氮能力表明其在冬季硝酸鹽水體脫氮方面具有良好的應(yīng)用潛力。

3 加強(qiáng)低溫脫氮效果的策略

調(diào)整工藝參數(shù)是保證低溫脫氮工藝運(yùn)行效果的首選策略。當(dāng)溫度降低時(shí)，通過(guò)增加水力停留時(shí)間（HRT）、污泥齡（SRT）和溶解氧（DO）等方法可以適當(dāng)減輕低溫帶來(lái)的不利影響。此外，生物強(qiáng)化技術(shù)也是提高低溫污水處理效果的有效方法，將特定的耐冷菌株投入到污水處理系統(tǒng)中，可以顯著提高處理效果。近年來(lái)，生物強(qiáng)化技術(shù)已普遍應(yīng)用于生活污水處理，來(lái)滿足寒冷地區(qū)對(duì)出水排放的要求。需要注意的是，有些功能菌株需采取包埋固定措施，以確保其保持正常的生物活性[43]。有報(bào)道稱，當(dāng)AOB 和NOB 附著在載體生長(zhǎng)時(shí)的活性要比懸浮生長(zhǎng)培養(yǎng)的高[44]，因此生物膜技術(shù)通常被用來(lái)提高低溫污水處理效果，其中最常用的技術(shù)為移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR） 和曝氣生物濾池（BAF）。為了進(jìn)一步提高低溫污水的處理效率，研究者們一直在尋找新的污水處理工藝/技術(shù)，如使用新型填料、改變碳源投加方式、投加特定的重金屬等。

3.1 新型填料富集脫氮功能菌

由于生物膜法在低溫時(shí)的脫氮能力較高，可根據(jù)特定的條件來(lái)選擇不同的填料促進(jìn)工藝的耐低溫特性。生物炭具有微生物附著比表面積大、生物附著能力強(qiáng)和生物降解協(xié)同作用的優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)有利于提高微生物對(duì)底物的降解性能，緩解水力剪切作用，有助于維持高濃度的微生物[45]。微生物以生物炭作為載體，不僅提高了低溫下的脫氮效率，還增強(qiáng)了復(fù)雜可溶性有機(jī)物（多糖、蛋白質(zhì)、核酸等）的水解和氨化作用，促進(jìn)了溶解性有機(jī)物的去除[46]。艾勝書(shū)等[47]分別通過(guò)對(duì)海綿、鮑爾環(huán)、內(nèi)置海綿與鮑爾環(huán)的懸浮球生物填料序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）處理低溫污水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在10℃條件下，內(nèi)置海綿與鮑爾環(huán)的懸浮球生物填料處理效果最佳，COD、-N、TN、TP的平均去除率分別為87%、69%、60%、53%，且系統(tǒng)穩(wěn)定，啟動(dòng)速度快。但上述方法目前還處于實(shí)驗(yàn)室小試階段，能否投入實(shí)際應(yīng)用還有待證實(shí)。

3.2 投加碳源改善功能菌耐低溫特性

相容性溶質(zhì)（CSs）是一種低分子量的有機(jī)化合物，其在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用不需要酶進(jìn)行特殊適應(yīng)[48]。CSs 不僅可以調(diào)節(jié)高滲透壓，還可以緩解低溫、冷凍等環(huán)境壓力[49]。甘氨酸是CSs 的其中一種，Li等[50]通過(guò)在SBR中投加甘氨酸的研究，發(fā)現(xiàn)在15℃下投加了0.8mmol/L 甘氨酸的Candidatus Brocadia sinica具有良好的脫氮能力。苑宏英等[51]研究了不同碳源（丙酸鈉、甲醇、乙醇及乙酸鈉）對(duì)低溫投加氧化還原介體1,2-萘醌-4-磺酸鹽（NQS）污水生物反硝化脫氮過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)把丙酸鈉作為碳源時(shí)的反硝化速率最高，達(dá)到了7mgNOxˉ-N/(gVSS·h)，分別是甲醇、乙醇和乙酸鈉為碳源時(shí)的8 倍、2.6 倍和3.6 倍；硝態(tài)氮的最大去除率為61.5%，分別是甲醇、乙醇和乙酸鈉為碳源時(shí)的6.9倍、9.3倍和4倍；總氮去除率為47.4%，分別是甲醇、乙醇和乙酸鈉為碳源時(shí)的5.2 倍、4.6 倍和4.6倍。以上研究均表明適合的碳源投加方式有助于解決低溫污水脫氮效率低的問(wèn)題。

3.3 特定重金屬增強(qiáng)功能菌活性

銅(Ⅱ)、鋅(Ⅱ)和鐵(Ⅱ)是富氮廢水中最常見(jiàn)的金屬元素[52]，也是微生物生存所必需的微量營(yíng)養(yǎng)素[53]。Zhang 等[54]研究了以上三種重金屬對(duì)厭氧氨氧化細(xì)菌（AAOB）脫氮、生物活性及群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在15℃左右往氨氮和亞硝態(tài)氮濃度都為50mg/L的進(jìn)水中投加1mg/L重金屬后，短期暴露在1mg/L 的銅(Ⅱ)和鋅(Ⅱ)中對(duì)AAOB 是有益的，這是由于以上三種金屬元素是微生物生長(zhǎng)活動(dòng)所必需的；而長(zhǎng)期暴露在1mg/L的銅(Ⅱ)和鋅(Ⅱ)中會(huì)使AAOB的活性受到抑制，降低其脫氮效率，這是由于EPS雖然能夠吸附金屬離子，阻礙金屬離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[55-56]，但當(dāng)EPS 承受的金屬離子達(dá)到飽和時(shí)，金屬離子會(huì)進(jìn)入細(xì)胞，破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并引起酶的代謝紊亂。鐵(Ⅱ)在短期實(shí)驗(yàn)中對(duì)AAOB 有輕微的抑制作用，但在長(zhǎng)期接觸后會(huì)顯著增強(qiáng)氮的去除效果，因?yàn)镋PS 對(duì)鐵(Ⅱ)的吸附能力高于銅(Ⅱ)和鋅(Ⅱ)，因此不像銅(Ⅱ)和鋅(Ⅱ)那樣會(huì)限制AAOB 的活性。銅(Ⅱ)和鋅(Ⅱ)使具有脫氮功能的Candidatus Kuenenia的豐度從7.99%降低至3.32%和3.80%，而鐵(Ⅱ)則將其豐度提高至11.30%。如何通過(guò)投加一定量的重金屬來(lái)提高低溫下的污水處理效果還處于起步階段，有待更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

雖然低溫脫氮研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①目前大多數(shù)研究成果主要還是停留在實(shí)驗(yàn)室小試階段，缺乏實(shí)際工程運(yùn)行的數(shù)據(jù)積累；②研究的水體主要是城市生活污水這方面，很少對(duì)工業(yè)廢水或垃圾滲濾液等高濃度氨氮廢水的研究；③菌種的研究大多集中在單個(gè)菌株，單一菌種很難滿足各種極端環(huán)境，若能將各功能菌混合在一起研究，效果應(yīng)該會(huì)更好。

任何一種新工藝/技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，若能充分利用兩種或兩種以上的工藝/技術(shù)，這將大大提高污水處理性能，如A2/O 與曝氣生物濾池（BAF）的結(jié)合已被證實(shí)能在低溫下達(dá)到高效脫氮除磷的目的[57]。在低溫條件下高效處理污水還有很長(zhǎng)一段路要走。在未來(lái)的研究工作中，可以從生物選擇、特異性功能菌的固定與使用、生物倍增技術(shù)與工程實(shí)際的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)在較低成本下優(yōu)化各種運(yùn)行參數(shù)以提高低溫污水的處理效果。