生物脫氮對(duì)環(huán)境條件敏感，容易受溫度變化影響。絕大多數(shù)微生物正常生長(zhǎng)溫度為20~35℃，低溫會(huì)影響微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每降低10℃，微生物活性將降低1倍，從而降低了對(duì)污水的處理效果。工藝投入運(yùn)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(diào)控，溫度很難保持適宜。而溫度調(diào)控則會(huì)耗費(fèi)大量的能源。
一、 低溫對(duì)硝化反硝化的影響
溫度是影響細(xì)菌生長(zhǎng)和代謝的重要環(huán)境條件。絕大多數(shù)微生物正常生長(zhǎng)溫度為20~35℃。溫度主要是通過(guò)影響微生物細(xì)胞內(nèi)某些酶的活性而影響微生物的生長(zhǎng)和代謝速率，進(jìn)而影響污泥產(chǎn)率、污染物的去除效率和速率；溫度還會(huì)影響污染物降解途徑、中間產(chǎn)物的形成以及各種物質(zhì)在溶液中的溶解度，以及有可能影響到產(chǎn)氣量和成分等。低溫減弱了微生物體內(nèi)細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)性，進(jìn)而影響了物質(zhì)傳輸?shù)却x過(guò)程，并且普遍認(rèn)為低溫將會(huì)導(dǎo)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(fā)生變化。低溫對(duì)微生物活性的抑制，不同于高溫帶來(lái)的毀滅性影響，其抑制作用通常是可恢復(fù)的。
硝化細(xì)菌
生物硝化反應(yīng)可以在4~45℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。氨氧化細(xì)菌(AOB)合適生長(zhǎng)溫度為25~30℃，亞硝酸氧化細(xì)菌(NOB)的合適生長(zhǎng)溫度為25~30℃。
溫度不但影響硝化菌的生長(zhǎng)，而且影響硝化菌的活性。有研究表明，硝化細(xì)菌適宜的生長(zhǎng)溫度為25~30℃，當(dāng)溫度小于15℃時(shí)硝化速率明顯下降，硝化細(xì)菌的活性也大幅度降低，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。大量的研究表明，硝化作用會(huì)受到溫度的嚴(yán)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(shí)現(xiàn)硝化工藝穩(wěn)定運(yùn)行的案例較為常見。U.Sudarno等考察了溫度變化對(duì)硝化作用的影響，結(jié)果表明，溫度從12.5℃升至40℃，氨氧化速率增加，但當(dāng)溫度下降至6℃時(shí)，硝化菌活性很低。
反硝化細(xì)菌
反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的溫度為25~35℃，而我國(guó)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(guān)于反硝化細(xì)菌的研究主要集中于對(duì)硝酸鹽去除能力的提高，對(duì)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(jīng)過(guò)數(shù)月的實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)反硝化速率呈現(xiàn)季節(jié)性變化。
U.Welander等考察了低溫條件下(3~20℃)反硝化工藝的運(yùn)行性能，研究表明在3℃下反應(yīng)器的反硝化速率僅為15℃下的55%。
二、 冬季生物脫氮不達(dá)標(biāo)怎么辦？
1、加熱
現(xiàn)行的解決辦法非常有限，在我國(guó)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(fā)泡保溫板保溫，外砌磚圍護(hù)(爐渣、膨脹珍珠巖等填充)結(jié)構(gòu)，池頂加蓋等保溫措施；
(2) 鼓風(fēng)機(jī)一側(cè)設(shè)空氣預(yù)熱室，將冬季-10～-20℃的冷空氣預(yù)熱到5～8℃；空氣管道設(shè)置管廊，便于保溫處理等。
(3) 適當(dāng)加熱污泥，包括回流污泥；
(4) 用熱蒸汽給進(jìn)入曝氣池的污水加熱。
現(xiàn)行的這些辦法都將會(huì)增加污水處理的運(yùn)行成本。
2、提高泥齡/MLSS
提高泥齡的表現(xiàn)是MLSS的提高，冬季微生物增殖緩慢，做為自養(yǎng)菌的硝化細(xì)菌增殖更為緩慢，提高泥齡可以使硝化細(xì)菌能保持在一定的范圍內(nèi)(顏胖子：目的是保證硝化細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌種)，并且適當(dāng)提高污泥濃度MLSS，在細(xì)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(wěn)定。
3、生物固定化（填料）
經(jīng)固定化處理后，微生物的抗逆性能提高，能耐受外界環(huán)境的變化，從而保持了較高的活性。此外，微生物經(jīng)包埋固定后持留能力得以增強(qiáng)，可望實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的快速啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。
通過(guò)固定化可以削弱溫度變化對(duì)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(duì)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(yǎng)的含耐冷菌的硝化污泥，用于處理常溫和低溫生活污水。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)固定化處理的硝化菌群即使在低溫條件下，也表現(xiàn)出了較高的硝化效率(>80%)。
也有學(xué)者開展了固定化反硝化細(xì)菌脫氮的研究，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)固定化處理，提高了反硝化細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)性，固定化反硝化細(xì)菌對(duì)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(shù)手段，然而也會(huì)使微生物活性有所降低，且固定化后，傳質(zhì)阻力會(huì)增大，氧的傳質(zhì)阻礙尤為明顯，固定化更能在厭氧條件下發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。此外，其成本也有待技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估。
4、馴化
馴化就是人為的在某一特定環(huán)境條件長(zhǎng)期處理某一微生物群體，同時(shí)不斷將它們進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到累積和選擇合適的自發(fā)突變體的一種古老育種方法。微生物的馴化是脫氮工藝運(yùn)用到低溫環(huán)境中的重要措施，使微生物體內(nèi)的酶和細(xì)胞膜的脂類組成能夠適應(yīng)低溫環(huán)境，并能在低溫條件下發(fā)揮作用。
大量研究表明，通過(guò)適當(dāng)?shù)鸟Z化策略，經(jīng)歷一定的馴化時(shí)間，低溫脫氮工藝可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。
R.D.Jones等認(rèn)為，如果將AOB的運(yùn)行溫度從30℃直接降至5℃，會(huì)導(dǎo)致其失活。逐步降低運(yùn)行溫度，AOB可調(diào)整細(xì)胞膜中的脂肪酸類型使其在低溫條件下不易凍結(jié)。