在廢水處理領(lǐng)域，氨氮是衡量水質(zhì)污染的關(guān)鍵指標，其去除效率直接關(guān)系環(huán)境安全，常用臺式氨氮檢測儀進行測定。溫度作為核心環(huán)境因子，通過物理、化學(xué)和生物三重途徑深刻影響廢水中氨氮的形態(tài)、濃度及去除效能。理解這一關(guān)系對優(yōu)化工藝、應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)至關(guān)重要。

一、溫度改變氨氮溶解度與氣液平衡

溶解度變化： 與溶解氧相反，溫度升高會降低氨氣在水中的物理溶解度。這意味著在高溫下，水中能“容納”的游離氨分子總量減少。

氣液平衡移動： 廢水中氨氮以離子態(tài)銨兩種形式存在，并形成動態(tài)平衡。溫度升高顯著推動該平衡向右移動（根據(jù)Le Chatelier原理），導(dǎo)致游離氨比例大幅增加。游離氨極易揮發(fā)，因此高溫會加速氨氣從水中向大氣逸散，理論上可能導(dǎo)致水體中總氨氮的自然損失（尤其在曝氣池、儲存池等開放環(huán)境）。然而，在封閉或通風(fēng)不良的系統(tǒng)，這種損失可能有限。

二、溫度影響電離平衡與反應(yīng)速率

pH-溫度協(xié)同效應(yīng)： 游離氨與離子銨（的比例強烈依賴于溫度和pH值。溫度升高使氨氮的電離常數(shù)（Kb）增大，意味著在相同pH值下，高溫時游離氨的比例遠高于低溫時。例如：

在pH=7時，10℃下NH?占比約0.6%，而30℃下則躍升至約6%。

在pH=8時，10℃下NH?占比約5.6%，30℃下則高達約30%。

揮發(fā)驅(qū)動力增強： 由于游離氨是揮發(fā)性物質(zhì)，其比例的增加極大地提高了氨氮通過吹脫、曝氣等方式從水中去除的潛在速率和效率。高溫是氨吹脫工藝高效運行的重要條件。

化學(xué)沉淀影響： 對于采用磷酸銨鎂（MAP或鳥糞石）沉淀法除氨氮的工藝，溫度升高通常加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短沉淀形成時間。但過高溫度也可能影響晶體的形態(tài)和沉降性。

三、溫度主宰硝化菌活性（核心影響）

生物硝化作用是市政污水和多數(shù)工業(yè)廢水去除氨氮的最高效、最經(jīng)濟途徑，而溫度對此過程有決定性影響：

硝化菌的特性：硝化細菌（主要是氨氧化菌AOB和亞硝酸鹽氧化菌NOB）屬于自養(yǎng)型微生物，生長緩慢，世代時間長。

它們對環(huán)境變化（尤其溫度）高度敏感，是廢水生物處理系統(tǒng)中的“脆弱環(huán)節(jié)”。

溫度對硝化速率的影響：最佳溫度范圍： 硝化菌的最適溫度通常在 28°C - 36°C 之間。在此范圍內(nèi)，其代謝活性最高，氨氮氧化速率最快，處理效率最佳。

高溫抑制（> 35°C - 40°C）：硝化菌活性開始受到抑制，酶效率下降。

AOB（氨氧化菌）通常比NOB（亞硝酸鹽氧化菌）更耐高溫。超過40°C時，NOB活性可能被嚴重抑制甚至失活，導(dǎo)致亞硝酸鹽積累（部分亞硝化）。

高溫下溶解氧（DO）濃度降低，而硝化作用耗氧量巨大，加劇了氧限制。

溫度波動對廢水中氨氮的影響是物理揮發(fā)、化學(xué)平衡和生物活性共同作用的復(fù)雜結(jié)果：在開放系統(tǒng)中，高溫可能通過揮發(fā)略微降低總氨氮濃度，但幅度通常有限。在生物處理系統(tǒng)中，溫度的核心影響在于調(diào)控生物硝化效率。低溫是高效硝化的主要障礙；高溫雖能加速硝化，但也伴隨溶解氧不足和潛在抑制風(fēng)險。

應(yīng)對策略：

低溫對策：延長污泥齡（SRT）： 確保硝化菌有足夠時間生長繁殖。曝氣池保溫/覆蓋， 減少熱量散失。

高溫對策：強化曝氣/精確DO控制： 應(yīng)對高耗氧量和低溶解度。適當降低pH（如控制在7.0-7.5）以減少高溫下有毒游離氨的比例。加強冷卻/遮陽： 對進水或曝氣池進行冷卻（成本較高）。

溫度是調(diào)控廢水中氨氮歸趨的核心“開關(guān)”。低溫主要通過嚴重抑制硝化菌活性，導(dǎo)致生物脫氮效率驟降，是污水處理廠冬季穩(wěn)定運行的主要瓶頸；高溫則提升游離氨比例利于物化去除，同時加速硝化反應(yīng)但伴隨氧限制與潛在毒性風(fēng)險。