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由于工业化进程的加速，氮、磷的污染问题日益尖锐化。越来越多的国家地区制定了更为严格的污水氮、磷的排放规范。尤其是氮的考核内容也从单一的氨氮指标发展到总氮(氨态氮、硝态氦和有机氮的总和)考核指标。由于近年来一些新理论的提出，如使污水脱氮实现短程硝化反硝化。这样不只可以提高细菌的增长速度、缩短反应进程，从而减少反应容积；而且同时减少了硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量，减少了运行费用。所以短程硝化成为了近年来的研究热点。

一、短程硝化机理

废水生物脱氮，一般由硝化和反硝化两个过程完成，而硝化过程分为氨氧化阶段和亚硝酸盐氧化阶段。这两个阶段分别由氨氧化菌(AOB和亚硝酸盐氧化菌(NOB独立催化完成。

第一阶段是AOB作用下，将氨氮NH3N氧化为亚硝态氮NO2―N而第二阶段是NOB作用下，上海纯水设备将亚硝态氮NO2―N氧化为硝态氮NO3―N

由于硝化反应是由两类生理特性完全不同的细菌独立催化完成的不同反应，所以需要通过适当控制条件，可以将硝化反应控制在NO2―N阶段，阻止NO2―N进一步氧化，随后直接进行反硝化，这就是短程硝化反硝化的作用机理。

二、短程硝化的优点

1由于硝化和反硝化速率加快，所以缩短了反应时间。

2由于氨氧化菌(AOB周期比亚硝酸盐氧化菌(NOB短，所以污泥龄短，提高反应器微生物浓度。

3硝化反应器容积可减少8％，反硝化反应器容积可减少33％，可节省了建筑费用。

4硝化过程节省约25％供氧量，反硝化过程节省约40％外加碳源(以甲醇计)所以节省了运行费用。

5硝化过程减少产泥24％一33％，反硝化过程减少产泥50％，明显降低了污泥排放量，进而减少污泥处置处置费用。

三、短程硝化过程中的影响因子

生物脱氮的硝化过程是由AOB和NOB共同完成的AOB真正基质是水溶液中的游离氨，杭州纯水设备而NOB真正基质是水溶液中的游离亚硝酸；AOB和NOB生长还受到温度、pH值、DO抑制物等因子影响。

1温度

445℃内，氨氧化细菌和硝化细菌均可进行。但在1214℃时，此时的温度会严重抑制活性污泥中硝化菌的活性，呈现NHO2―的积累；1530℃时，硝化过程形成的NO2―完全被氧化成NO3―；当温度超过30℃后又出现NO2―的积累。细菌在高温和低温均可较好地实现亚硝酸盐的积累。

实验标明，低温也可实现短程硝化。低温时，亚硝酸盐氧化菌利用氨氮的能力大于硝化细菌利用NO2-N能力，从而造成NO2―的累积。所以，短程硝化反应器需要在较高温度的季节启动，缓慢降温，使AOB渐渐适应低温环境，保证氨氧化效果；适宜的条件下实现短程硝化，同时通过实时控制使其稳定并优化污泥种群结构，进而在低温条件下维持短程硝化。要解决实际应用低温的问题，还需要寻找出适应南方低温的氨氧化细菌的菌株来。

2DO浓度

对DO控制实现短程硝化是将该技术应用于实际的一种较为理想的方法。比较适合作为未来实际工程的控制参数，因为控制好曝气量、曝气频率以及曝气方式，就可较好地实现短程硝化。

生物膜反应器中，当DO浓度控制在0.5mg/L以下时，就可以使出水中亚硝酸氮占总硝态氮的90％以上。

使用间歇曝气，阶段曝气等方法，来改变曝气方式以及曝气频率也可实现短程硝化。这些方法的共同点是使反应器内的DO值按一定规律周期性地升高降低，指示在一段时间内反应器处于厌氧状态。

DO浓度是AOB和NOB生长的重要影响因素之一，AOB和NOB氧饱和常数分别为：0.3和1.1mg/L可见AOB对氧的亲合力较NOB强，低DO浓度下NOB活性会显著减弱，使AOB生长速率大于NOB虽然低DO浓度会使微生物代谢活动减弱，但硝化过程的氨氧化作用未受到明显影响，从而实现NO2――N大量积累。

3FA 及FNA 影响

实验标明，FA 对NOB和AOB发生抑制作用的浓度分别为0.11.1mg/L和1015mg/L而最新研究结果标明，FA 浓度达到6mg/L时可完全抑制NOB生长；FNA 完全抑制NOB和AOB生长的浓度分别为0.02mg/L和0.4mg/L因此可以利用FA 或FNA 选择抑制作用使系统中的NOB受到抑制而AOB不受抑制，从而将硝化控制在亚硝化阶段；但NOB对FA 抑制具有适应性，若反应器临时运行短程硝化会被破坏。有相关研究者提出利用FA 与FNA 联合控制实现稳定的短程硝化过程，即在反应器启动初期利用废水中较高的FA 浓度使NOB受到抑制之后，由于NO2――N大量积累，较低的pH值会导致较高的FNA 浓度，从而可利用反应器前期较高浓度的FA 和后期较高浓度的FNA 共同维持短程硝化过程。

4PH值

由于硝酸菌和亚硝酸菌适宜生长的pH值范围不同，所以可以利用控制PH值的方法实现短程硝化。亚硝酸菌的适宜PH值在7.08.5而硝酸菌的适宜PH值在6.07.5只要将PH值控制在7.58.5就可较好地抑制硝酸菌，实现亚硝酸的累积。

PH虽然是实际中较容易控制的但它也存在一定的缺点。缺点是需要PH实时监控，和相配套的药剂自动投加设备及搅拌设备，并且药剂费用也增添了反应器运行费用，这些在一定水平上抵消了短程硝化本身的优势。

5SRT

通过SRT控制是无法实现亚硝酸的积累的SRT却是反应器短程硝化稳定运行的重要控制参数。上海水处理设备泥龄控制偏低会导致硝酸菌和亚硝酸菌的流失，导致反应器处置能力的降低；泥龄过高会提高硝酸菌的数量，低负荷下，反应器容易向全程硝化转化。选择适宜的SRT值是稳定实现短程硝化的关键参数。

6抑制剂

对硝化反应有抑制作用的物质有：过高质量浓度的游离氨、重金属、有毒有害物质以及有机物。重金属会对硝化反应发生抑制，如AgHgCrZn等，其毒性作用由强到弱；当pH由高到低时，毒性由弱到强．锌、铜和铅等重金属对硝化反应的两个阶段都有抑制，但抑制水平不同。某些有机物如苯胺、邻甲酚和苯酚等对硝化细菌具有毒害或抑制作用，因为催化硝化反应的酶内含CuI一CuII电子对，凡是与酶中的蛋白质竞争Cu或直接嵌入酶结构的有机物，均会对硝化细菌发生抑制作用。这些有机物对硝化菌的抑制作用要比亚硝化菌强，所以会在对含这类物质的污水生物脱氮中发生亚硝酸盐积累现象。