1.短程硝化反硝化原理及優(yōu)點(diǎn)

短程硝化反硝化生物脫氮就是將硝化過程控制在HNO2階段，隨后在缺氧條件下進(jìn)行反硝化，也就是不完全硝化反硝化生物脫氮。短程硝化反硝化與傳統(tǒng)硝化反硝化生物脫氮相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于活性污泥法，可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%，降低能耗，節(jié)省反硝化所需碳源，在C/N比一定的情況下提高TN去除率，減少污泥生成量可達(dá)50%，減少投堿量，縮短反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)反應(yīng)器容積減少。

2. 短程硝化反硝化的影響因素

在短程硝化和反硝化過程中，起作用的兩種菌為氨氧化菌和亞硝酸氧化菌。因此，對(duì)這兩種微生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生影響的因素都會(huì)影響整個(gè)短程硝化反硝化過程的效果。

2.1 溫度

微生物的最大比增長(zhǎng)速率與溫度之間的關(guān)系可用修正的阿倫尼烏斯方程來(lái)描述：

其中μ mt 為溫度為 t℃時(shí)的微生物最大比增長(zhǎng)速率，μm20為標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的微生物最大比增長(zhǎng)速率。E為反應(yīng)活化能，R為氣體常數(shù)。

在 20℃以下，硝化細(xì)菌的生產(chǎn)速率大于亞硝化細(xì)菌，亞硝化細(xì)菌產(chǎn)生的亞硝酸鹽很容易被硝化細(xì)菌繼續(xù)氧化成硝酸鹽。

國(guó)內(nèi)學(xué)者王淑瑩做過實(shí)驗(yàn)表明，水溫保持在30℃時(shí)水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過程；當(dāng)水溫在20.5~24.5℃時(shí)硝化類型由短程硝化轉(zhuǎn)化為全程硝化；隨著溫度再次升高，硝化類型又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛滔趸?；?dāng)溫度達(dá)到29~30℃時(shí)，硝化反應(yīng)為穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。

但在實(shí)際中，通過加熱提高污水溫度會(huì)消耗大量的能源，這樣，短程硝化工藝的優(yōu)點(diǎn)將不能得到充分發(fā)揮。因此，通過控制溫度實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮工藝僅適用于某些特種廢水（水溫在30℃左右）。

2.2 pH 值

通常條件下，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌適宜生長(zhǎng)的pH值范圍分別是7.0~7.5 和6.5 ~7.5。在混合體系中，亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的pH分別在8.0 和7.0 附近。因此，可根據(jù)這兩種細(xì)菌適宜pH的差異來(lái)控制反應(yīng)的類型和消化的產(chǎn)物。

國(guó)內(nèi)學(xué)者王紅武等通過實(shí)驗(yàn)對(duì)常溫下生活廢水短程硝化反硝化生物脫氮的研究表明：最佳短程硝化反硝化反應(yīng)條件為pH值大于8.5，大于該值時(shí)會(huì)抑制硝化細(xì)菌的生長(zhǎng), 而不抑制亞硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。

實(shí)際應(yīng)用中，要控制廢水的pH值，很可能需要投加相應(yīng)的酸或堿，這樣勢(shì)必會(huì)增加處理成本。此外，硝酸菌對(duì)高pH值有一個(gè)適應(yīng)過程，當(dāng)它逐漸適應(yīng)高pH值和游離氨時(shí)，全程硝化就會(huì)出現(xiàn)，因此，依靠pH值實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮過程并不穩(wěn)定。此工藝僅適合于含高 pH值的廢水。

2.3 游離氨

廢水中氨隨pH值不同分別以分子態(tài)和離子態(tài)形式存在。分子態(tài)游離氨 (FA)對(duì)硝化作用有明顯的抑制作用，硝酸菌比亞硝酸菌對(duì)FA更敏感。

0.6 mg/L的FA幾乎可以抑制硝酸菌的活性，從而使 HNO2氧化受阻，出現(xiàn)HNO2積累。只有當(dāng)FA達(dá)到5 mg/L 以上時(shí)才會(huì)對(duì)亞硝酸菌活性產(chǎn)生影響，當(dāng)達(dá)到40 mg/才會(huì)嚴(yán)重抑制亞硝酸的形成。

進(jìn)水氨氮濃度低時(shí)出水氨氮濃度也低，氨氮去除率高；當(dāng)提高進(jìn)水氨氮濃度時(shí)，游離氨超過亞硝化菌抑制濃度則會(huì)使亞硝化率降低而使得出水氨氮濃度增大，此時(shí)為達(dá)到較高的氨氮去除率須延長(zhǎng)硝化時(shí)間。

硝化時(shí)間增加使亞硝態(tài)氮的積累量增加，反硝化時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)。所以，如果將溫度、DO和pH值控制在有利于HNO2積累的條件下，進(jìn)水氨氮濃度（FA濃度）越低越能促進(jìn)HNO2的積累。

另外實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，高濃度FA抑制所造成的 HNO2積累并不穩(wěn)定，時(shí)間一長(zhǎng)系統(tǒng)中亞硝酸濃度和亞硝化率均下降，HNO2濃度增大。這說明硝酸菌對(duì) FA所產(chǎn)生的抑制作用會(huì)逐漸適應(yīng)，而且硝酸菌對(duì) FA適應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的，即便再進(jìn)一步提高 FA濃度，亞硝化比率也不會(huì)增加。

2.4 溶解氧（DO）

低溶解氧下亞硝酸菌增殖速率加快，補(bǔ)償了由于低氧所造成的代謝活動(dòng)下降，使得整個(gè)硝化階段中氨氧化未受到很大影響，而低DO對(duì)硝酸菌有明顯抑制作用，因而低溶解氧有利亞硝酸積累。目前普遍認(rèn)為，DO濃度在0.5mg/L 以上時(shí)才能很好地進(jìn)行硝化反應(yīng)。

不過，高大文教授的SBR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過控制溶解氧實(shí)現(xiàn)短程硝化脫氮存在這硝化速率低， 污泥沉降性變差等不足，所以在實(shí)際工作中不宜采用這種工藝。

2.5 泥齡

亞硝酸菌的世代較硝酸菌短，在懸浮處理系統(tǒng)中若泥齡介于硝酸菌和亞硝酸菌的最小停留時(shí)間之間時(shí)，系統(tǒng)中的硝酸菌會(huì)逐漸被淘洗掉，使亞硝酸菌成為系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)硝化菌，硝化產(chǎn)物以 HNO2為主。

例如 SHARON工藝是由荷蘭 Delft 技術(shù)大學(xué)開發(fā)的脫氮新工藝，短程硝化和短程反硝化在同一個(gè)裝置內(nèi)。其基本原理是利用在高溫 (30~35℃)下，亞硝酸菌的最小停留時(shí)間小于硝酸菌，可以通過“洗泥”的方式對(duì)菌種進(jìn)行篩選。

2.6 有害物質(zhì)

硝酸菌對(duì)環(huán)境較為敏感。廢水中酚、氰及重金屬等有害物質(zhì)對(duì)硝化過程有明顯抑制作用。相對(duì)于亞硝酸菌，硝酸菌對(duì)環(huán)境適應(yīng)性慢，因而在接觸有害物質(zhì)的初期受抑制，出現(xiàn)亞硝酸積累。

Hynens等人發(fā)現(xiàn)硝酸菌與亞硝酸菌并存時(shí)，在廢水中加入5 mmol/L的氯酸鈉可抑制硝酸菌，但對(duì)亞硝酸菌無(wú)影響。因此，當(dāng)廢水中含有酚，氫等有害物質(zhì)時(shí)，要先將這些有害物質(zhì)去除后再進(jìn)行短程硝化反硝化。

2.7 C/N

在反硝化過程中，反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)菌，必須在有機(jī)碳源下生長(zhǎng)。因此對(duì)于短程硝化反硝化過程而言，C/N過高，抑制短程硝化速率；C/N過低，降低反硝化的反應(yīng)速率。國(guó)內(nèi)學(xué)者周莉?qū)兎N氨氧化菌所做的正交試驗(yàn)表明，反硝化速率隨著C/N的增大有減小趨勢(shì)， 當(dāng)增加到一定程度（>8）時(shí)，變化趨勢(shì)就不明顯了。

3. 結(jié)語(yǔ)

(1) 水溫保持在30℃時(shí)水中氨氮的轉(zhuǎn)化類型為短程硝化過程。在29~30℃時(shí)，將pH值、進(jìn)水氨氮和DO控制在有利條件下，可以發(fā)生穩(wěn)定的亞硝酸型硝化。

(2)pH 值在8.5附近有利于 HNO2的積累。pH值一方面是亞硝酸菌生物限制性條件，另一方面影響游離氨濃度，從而影響亞硝酸菌的活性。

(3)FA 濃度一般控制在5mg/L 以下，將溫度、DO和pH值控制在有利條件下，進(jìn)水氨氮濃度 (FA濃度)不能太高才能促進(jìn) HNO2的積累。

(4)亞硝酸菌對(duì)DO的親和力較硝酸菌強(qiáng)，DO控制在0.5 mg/L有利于HNO2的積累。

(5) 硝酸菌與亞硝酸相比對(duì)環(huán)境敏感，在硝化過程中可以添加抑制劑，促進(jìn)HNO2的積累。

(6) 亞硝酸菌的世代性比硝酸菌短，選擇合適泥齡，可淘洗硝酸菌，促進(jìn)HNO2的積累。

(7)對(duì)控制溫度、溶解氧和pH值實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)控制溶解氧實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝存在許多問題，無(wú)論從硝化時(shí)間、硝化速率還是從污泥沉降性能上，該工藝均不如控制溫度和pH值實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝。它不但硝化速率低，從而導(dǎo)致硝化時(shí)間變長(zhǎng)，而且，低溶解氧還易引發(fā)絲狀菌大量繁殖，嚴(yán)重時(shí)引起絲狀菌污泥膨脹。