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由于工業(yè)化進程的加速，氮、磷的污染問題日益尖銳化。越來越多的國家地區(qū)制定了更為嚴格的污水氮、磷的排放標準，尤其是氮的考核內(nèi)容也從單一的氨氮指標發(fā)展到總氮(氨態(tài)氮、硝態(tài)氦和有機氮的總和)的考核指標。近年來一些新理論提出，使污水脫氮實現(xiàn)短程硝化反硝化，這樣不僅可以提高細菌的增長速度、縮短反應(yīng)進程，從而減少反應(yīng)容積，而且同時減少硝化的曝氣量和反硝化有機物的投加量，減少運行費用。
一、短程硝化機理
污水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個過程完成，而硝化過程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨立催化完成。第一階段是在AOB的作用下，將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮；而第二階段是在NOB的作用下，將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮。由于硝化反應(yīng)是由兩類生理特性完全不同的細菌獨立催化完成的不同反應(yīng)，所以需要通過適當控制條件，可以將硝化反應(yīng)控制在亞硝態(tài)氮階段，阻止亞硝態(tài)氮的進一步氧化，隨后直接進行反硝化，這就是短程硝化反硝化的作用機理。
二、短程硝化的優(yōu)點
三、短程硝化過程中的影響因子
生物脫氮的硝化過程是由AOB和NOB共同完成的；AOB的真正基質(zhì)是水溶液中的游離氨，而NOB的真正基質(zhì)是水溶液中的游離亞硝酸；AOB和NOB的生長還受到溫度、pH值、DO、抑制物等因子影響。
1、溫度
在4～45℃內(nèi)，氨氧化細菌和硝化細菌均可進行。實驗表明，低溫也可實現(xiàn)短程硝化。在低溫時，亞硝酸鹽氧化菌利用氨氮的能力大于硝化細菌利用NO2-N的能力，從而造成NO2―的累積。所以，短程硝化反應(yīng)器需要在較高溫度的季節(jié)啟動，緩慢降溫，使AOB漸漸適應(yīng)低溫環(huán)境，保證氨氧化效果；在適宜的條件下實現(xiàn)短程硝化，同時通過實時控制使其穩(wěn)定并優(yōu)化污泥種群結(jié)構(gòu)，進而在低溫條件下維持短程硝化。要解決實際應(yīng)用低溫的問題，還需要尋找出適應(yīng)北方低溫的氨氧化細菌的菌株來。
2、DO濃度
DO濃度是AOB和NOB生長的重要影響因素之一，AOB和NOB的氧飽和常數(shù)分別為0.3和1.1mg/L。對DO的控制實現(xiàn)短程硝化是將該技術(shù)應(yīng)用于實際的一種較為理想的方法，它比較適合作為未來實際工程的控制參數(shù)，因為控制好曝氣量、曝氣頻率以及曝氣方式，就可較好地實現(xiàn)短程硝化。
在生物膜反應(yīng)器中，當DO的濃度控制在0.5mg/L以下時，就可以使出水中亞硝酸氮占總硝態(tài)氮的90%以上。
而使用間歇曝氣，階段曝氣等方法，來改變曝氣方式以及曝氣頻率也可實現(xiàn)短程硝化。這些方法的共同點是使反應(yīng)器內(nèi)的DO值按一定規(guī)律周期性地升高降低，指示在一段時間內(nèi)反應(yīng)器處于厭氧狀態(tài)。
3、FA及FNA的影響
實驗表明，F(xiàn)A對NOB和AOB產(chǎn)生抑制作用的濃度分別為0.1～1.1mg/L和10～15mg/L。而最新研究結(jié)果表明，F(xiàn)A濃度達到6mg/L 時可完全抑制NOB的生長；FNA完全抑制NOB和AOB生長的濃度分別為0.02mg/L和0.4 mg/L。因此可以利用FA或FNA的選擇抑制作用使系統(tǒng)中的NOB受到抑制而AOB不受抑制，從而將硝化控制在亞硝化階段；但NOB對FA的抑制具有適應(yīng)性，若反應(yīng)器長期運行短程硝化會被破壞。
4、pH值
由于硝酸菌和亞硝酸菌適宜生長的pH值范圍不同，所以可以利用控制pH值的方法實現(xiàn)短程硝化。亞硝酸菌的適宜pH值在7.0～8.5，而硝酸菌的適宜pH值在6.0～7.5。只要將pH值控制在7.5～8.5就可較好地抑制硝酸菌，實現(xiàn)亞硝酸的累積。
pH雖然是實際中較容易控制的，但它也存在一定的缺點。它的缺點是需要pH的實時監(jiān)控，和相配套的藥劑自動投加設(shè)備及攪拌設(shè)備，并且藥劑費用也增添了反應(yīng)器運行費用，這些在一定程度上抵消了短程硝化本身的優(yōu)勢。
5、SRT
通過SRT的控制是無法實現(xiàn)亞硝酸的積累的，SRT卻是反應(yīng)器短程硝化穩(wěn)定運行的重要控制參數(shù)。泥齡控制偏低會導(dǎo)致硝酸菌和亞硝酸菌的流失，導(dǎo)致反應(yīng)器處理能力的降低;泥齡過高會提高硝酸菌的數(shù)量，在低負荷下，反應(yīng)器容易向全程硝化轉(zhuǎn)化。選擇適宜的SRT值是穩(wěn)定實現(xiàn)短程硝化的關(guān)鍵參數(shù)。
6、抑制劑
對硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過高質(zhì)量濃度的游離氨、重金屬、有毒有害物質(zhì)以及有機物。重金屬會對硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由強到弱；當pH由高到低時，毒性由弱到強.鋅、銅和鉛等重金屬對硝化反應(yīng)的兩個階段都有抑制，但抑制程度不同。某些有機物如苯胺、鄰甲酚和苯酚等對硝化細菌具有毒害或抑制作用，因為催化硝化反應(yīng)的酶內(nèi)含Cu I一Cu II電子對，凡是與酶中的蛋白質(zhì)競爭Cu或直接嵌入酶結(jié)構(gòu)的有機物，均會對硝化細菌發(fā)生抑制作用。這些有機物對硝化菌的抑制作用要比亞硝化菌強，所以會在對含這類物質(zhì)的污水生物脫氮中產(chǎn)生亞硝酸鹽積累現(xiàn)象。