由于工(gong)業化進(jin)程的(de)(de)加速，氮(dan)(dan)、磷的(de)(de)污染問題日益尖銳(rui)化。越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)國家地區制(zhi)定了(le)(le)更為嚴格(ge)的(de)(de)污水氮(dan)(dan)、磷的(de)(de)排放標準。尤(you)其是氮(dan)(dan)的(de)(de)考(kao)核內容也(ye)從(cong)(cong)單一(yi)的(de)(de)氨(an)氮(dan)(dan)指(zhi)標發展(zhan)到總氮(dan)(dan)(氨(an)態(tai)氮(dan)(dan)、硝(xiao)態(tai)氦和有機(ji)氮(dan)(dan)的(de)(de)總和)的(de)(de)考(kao)核指(zhi)標。由于近年來一(yi)些新理論(lun)的(de)(de)提出(chu)，如使污水脫(tuo)氮(dan)(dan)實現短(duan)(duan)(duan)程硝(xiao)化反硝(xiao)化。這樣不僅可以提高細菌的(de)(de)增長速度(du)、縮短(duan)(duan)(duan)反應(ying)進(jin)程，從(cong)(cong)而(er)減(jian)少(shao)反應(ying)容積;而(er)且(qie)同時減(jian)少(shao)了(le)(le)硝(xiao)化的(de)(de)曝氣量(liang)和反硝(xiao)化有機(ji)物(wu)的(de)(de)投加量(liang)，減(jian)少(shao)了(le)(le)運行費(fei)用。所(suo)以短(duan)(duan)(duan)程硝(xiao)化成為了(le)(le)近年來的(de)(de)研究熱點。

一、短程硝(xiao)化機理

廢(fei)水生物脫氮，一般(ban)由(you)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)兩個過(guo)程完成(cheng)，而硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程分為(wei)(wei)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)階(jie)段和(he)亞(ya)硝(xiao)酸鹽氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)階(jie)段。這(zhe)兩個階(jie)段分別由(you)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)菌(jun)(AOB)和(he)亞(ya)硝(xiao)酸鹽氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)菌(jun)(NOB)獨立催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)完成(cheng)。第一階(jie)段是(shi)(shi)在AOB的(de)作用(yong)下，將(jiang)氨(an)氮NH4+―N氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)為(wei)(wei)亞(ya)硝(xiao)態氮NO2――N;而第二階(jie)段是(shi)(shi)在NOB的(de)作用(yong)下，將(jiang)亞(ya)硝(xiao)態氮NO2――N氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)為(wei)(wei)硝(xiao)態氮NO3――N。由(you)于硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)是(shi)(shi)由(you)兩類(lei)生理特性完全(quan)不同的(de)細菌(jun)獨立催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)完成(cheng)的(de)不同反(fan)應(ying)，所以需要通(tong)過(guo)適當控制(zhi)條件，可以將(jiang)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)控制(zhi)在NO2――N階(jie)段，阻(zu)止NO2――N的(de)進一步(bu)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，隨(sui)后(hou)直接(jie)進行反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，這(zhe)就是(shi)(shi)短程硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)作用(yong)機(ji)理。

二、短程硝化的優點(dian)

1、由于硝化和反硝化速率(lv)加快，所以縮短了反應時間。

2、由于氨氧化菌(jun)(AOB)的周期比亞硝酸(suan)鹽氧化菌(jun)(NOB)短，所以污泥齡短，提高反應器微生物濃(nong)度。

3、硝化反(fan)應器容積可減少8%，反(fan)硝化反(fan)應器容積可減少33%，可節省(sheng)了(le)建筑費(fei)用。

4、硝(xiao)(xiao)化過(guo)程(cheng)節省(sheng)約25%供氧(yang)量，反硝(xiao)(xiao)化過(guo)程(cheng)節省(sheng)約40%外加碳(tan)源(以(yi)甲醇計)，所以(yi)節省(sheng)了運行費用。

5、硝化(hua)過程(cheng)減(jian)少產泥(ni)24%一33%，反硝化(hua)過程(cheng)減(jian)少產泥(ni)50%，明顯降低了污(wu)泥(ni)排放量，進而減(jian)少污(wu)泥(ni)處(chu)理處(chu)置(zhi)費用。

三(san)、短程(cheng)硝(xiao)化過程(cheng)中(zhong)的影響因(yin)子(zi)

生物(wu)脫(tuo)氮的(de)(de)硝(xiao)化(hua)過程(cheng)是由AOB和NOB共(gong)同完成的(de)(de);AOB的(de)(de)真(zhen)正基質是水(shui)溶(rong)液中的(de)(de)游離氨，而(er)NOB的(de)(de)真(zhen)正基質是水(shui)溶(rong)液中的(de)(de)游離亞(ya)硝(xiao)酸;AOB和NOB的(de)(de)生長還受到溫度、pH值、DO、抑制(zhi)物(wu)等因子影(ying)響。

1、溫度(du)

在(zai)4～45℃內，氨(an)氧(yang)化(hua)細(xi)菌和(he)(he)硝(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)菌均(jun)可進(jin)行。但在(zai)12～14℃時，此時的溫度(du)會嚴重(zhong)抑制(zhi)活性污泥中(zhong)硝(xiao)(xiao)化(hua)菌的活性，出現(xian)NHO2―的積(ji)累;15～30℃時，硝(xiao)(xiao)化(hua)過程形(xing)成(cheng)的NO2―完全被氧(yang)化(hua)成(cheng)NO3―;當溫度(du)超過30℃后(hou)又(you)出現(xian)NO2―的積(ji)累。細(xi)菌在(zai)高溫和(he)(he)低(di)溫均(jun)可較好(hao)地實(shi)現(xian)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)鹽的積(ji)累。

實驗表(biao)明，低(di)溫(wen)也(ye)可實現(xian)短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化。在(zai)(zai)低(di)溫(wen)時，亞硝(xiao)酸鹽氧化菌(jun)(jun)利用氨(an)氮(dan)的(de)(de)(de)能(neng)力大于硝(xiao)化細(xi)菌(jun)(jun)利用NO2-N的(de)(de)(de)能(neng)力，從而(er)(er)造(zao)成(cheng)NO2―的(de)(de)(de)累積。所以，短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化反應(ying)器需要(yao)(yao)在(zai)(zai)較高溫(wen)度的(de)(de)(de)季節啟動，緩(huan)慢降(jiang)溫(wen)，使AOB漸漸適應(ying)低(di)溫(wen)環境(jing)，保(bao)證(zheng)氨(an)氧化效果(guo);在(zai)(zai)適宜的(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia)實現(xian)短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化，同時通過(guo)實時控制(zhi)使其穩定(ding)并優化污泥種群結構，進而(er)(er)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)條(tiao)件下(xia)維(wei)持短程(cheng)(cheng)硝(xiao)化。要(yao)(yao)解決實際應(ying)用低(di)溫(wen)的(de)(de)(de)問題，還需要(yao)(yao)尋(xun)找出適應(ying)北方低(di)溫(wen)的(de)(de)(de)氨(an)氧化細(xi)菌(jun)(jun)的(de)(de)(de)菌(jun)(jun)株來。

2、DO濃度

對DO的(de)控制實(shi)現(xian)短程硝化是(shi)將(jiang)該技術(shu)應用于實(shi)際的(de)一(yi)種較為(wei)理想的(de)方法。它比較適合作為(wei)未來實(shi)際工程的(de)控制參數(shu)，因為(wei)控制好(hao)曝氣量(liang)、曝氣頻(pin)率(lv)以及(ji)曝氣方式，就可(ke)較好(hao)地(di)實(shi)現(xian)短程硝化。

在(zai)生物膜反應器中(zhong)，當DO的濃(nong)度控制在(zai)0.5mg/L以下時(shi)，就可以使出(chu)水(shui)中(zhong)亞硝酸氮占總(zong)硝態氮的90%以上。

使用(yong)間(jian)歇曝(pu)氣，階段(duan)曝(pu)氣等方(fang)法，來改變曝(pu)氣方(fang)式以及曝(pu)氣頻率也可實現(xian)短程硝(xiao)化。這些(xie)方(fang)法的共(gong)同點是使反應(ying)器內的DO值按一(yi)定規律(lv)周期性(xing)地升(sheng)高降低，指示在一(yi)段(duan)時間(jian)內反應(ying)器處于厭氧狀態(tai)。

DO濃度(du)(du)是(shi)AOB和NOB生長的(de)(de)重要影響因素之一，AOB和NOB的(de)(de)氧飽和常數(shu)分別為：0.3和1.1mg/L。可見AOB對氧的(de)(de)親合力(li)較(jiao)NOB強，在低(di)DO濃度(du)(du)下NOB的(de)(de)活(huo)性會顯(xian)著減(jian)弱，使(shi)AOB生長速率大(da)于NOB;雖然低(di)DO濃度(du)(du)會使(shi)微生物代謝活(huo)動(dong)減(jian)弱，但硝化(hua)過程的(de)(de)氨氧化(hua)作用未受到(dao)明顯(xian)影響，從而實(shi)現NO2――N的(de)(de)大(da)量(liang)積累。

3、FA及FNA的影響

實(shi)驗表明(ming)，FA對(dui)NOB和AOB產生抑(yi)(yi)制(zhi)作用的濃(nong)度分別(bie)為0.1～1.1mg/L和10～15mg/L。而(er)最新研究結果表明(ming)，FA濃(nong)度達到6 mg/L 時(shi)可完全抑(yi)(yi)制(zhi)NOB的生長(chang);FNA完全抑(yi)(yi)制(zhi)NOB和AOB生長(chang)的濃(nong)度分別(bie)為0.02 mg/L和0.4 mg/L。因此(ci)可以利(li)(li)用FA或FNA的選擇(ze)抑(yi)(yi)制(zhi)作用使系統中的NOB受到抑(yi)(yi)制(zhi)而(er)AOB不受抑(yi)(yi)制(zhi)，從而(er)將(jiang)硝(xiao)(xiao)化控制(zhi)在(zai)(zai)亞硝(xiao)(xiao)化階段;但NOB對(dui)FA的抑(yi)(yi)制(zhi)具有適應(ying)性，若(ruo)反(fan)應(ying)器長(chang)期運行短(duan)程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化會被破壞。有相關研究者提(ti)出利(li)(li)用FA與FNA聯合控制(zhi)實(shi)現穩定(ding)的短(duan)程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化過(guo)程(cheng)(cheng)，即在(zai)(zai)反(fan)應(ying)器啟動初期利(li)(li)用廢水中較(jiao)高的FA濃(nong)度使NOB受到抑(yi)(yi)制(zhi)之后，由于NO2――N大量(liang)積(ji)累，較(jiao)低的pH值(zhi)會導致較(jiao)高的FNA濃(nong)度，從而(er)可利(li)(li)用反(fan)應(ying)器前(qian)期較(jiao)高濃(nong)度的FA和后期較(jiao)高濃(nong)度的FNA共同維持短(duan)程(cheng)(cheng)硝(xiao)(xiao)化過(guo)程(cheng)(cheng)。

4、PH值

由(you)于硝(xiao)酸菌(jun)和亞(ya)硝(xiao)酸菌(jun)適(shi)宜生長的(de)pH值(zhi)范圍不同，所以可以利用控(kong)制PH值(zhi)的(de)方(fang)法實(shi)現短程硝(xiao)化。亞(ya)硝(xiao)酸菌(jun)的(de)適(shi)宜PH值(zhi)在7.0～8.5，而硝(xiao)酸菌(jun)的(de)適(shi)宜PH值(zhi)在6.0～7.5。只(zhi)要將PH值(zhi)控(kong)制在7.5～8.5就可較好地抑制硝(xiao)酸菌(jun)，實(shi)現亞(ya)硝(xiao)酸的(de)累積(ji)。

PH雖然是實際中較(jiao)容易控(kong)制的(de)(de)(de)(de)，但它也(ye)存在一(yi)定的(de)(de)(de)(de)缺點。它的(de)(de)(de)(de)缺點是需要PH的(de)(de)(de)(de)實時監控(kong)，和相配(pei)套的(de)(de)(de)(de)藥劑自動投加設備及攪拌設備，并且藥劑費用也(ye)增(zeng)添了反(fan)應(ying)器運行費用，這些在一(yi)定程(cheng)度上(shang)抵消了短程(cheng)硝化(hua)本身的(de)(de)(de)(de)優(you)勢。

5、SRT

通(tong)過SRT的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)是無法實(shi)現(xian)(xian)亞硝(xiao)酸(suan)的(de)(de)(de)積累(lei)的(de)(de)(de)，SRT卻是反(fan)應器短(duan)程硝(xiao)化(hua)穩定運行的(de)(de)(de)重要控(kong)制(zhi)參數。泥齡控(kong)制(zhi)偏低會(hui)導致(zhi)硝(xiao)酸(suan)菌(jun)和亞硝(xiao)酸(suan)菌(jun)的(de)(de)(de)流失，導致(zhi)反(fan)應器處理能力的(de)(de)(de)降低;泥齡過高會(hui)提高硝(xiao)酸(suan)菌(jun)的(de)(de)(de)數量，在低負荷下，反(fan)應器容(rong)易向全程硝(xiao)化(hua)轉化(hua)。選(xuan)擇(ze)適(shi)宜的(de)(de)(de)SRT值(zhi)是穩定實(shi)現(xian)(xian)短(duan)程硝(xiao)化(hua)的(de)(de)(de)關鍵參數。

6、抑(yi)制劑

對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)反應有(you)(you)(you)(you)抑(yi)制作用(yong)的物(wu)質(zhi)有(you)(you)(you)(you)：過高(gao)質(zhi)量(liang)濃度的游離(li)氨、重(zhong)金屬、有(you)(you)(you)(you)毒有(you)(you)(you)(you)害物(wu)質(zhi)以及有(you)(you)(you)(you)機(ji)物(wu)。重(zhong)金屬會對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)反應產生(sheng)抑(yi)制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用(yong)由(you)強到弱;當pH由(you)高(gao)到低時(shi)，毒性由(you)弱到強.鋅、銅和鉛等重(zhong)金屬對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)反應的兩個(ge)階段都有(you)(you)(you)(you)抑(yi)制，但抑(yi)制程度不同(tong)。某些有(you)(you)(you)(you)機(ji)物(wu)如苯胺、鄰(lin)甲酚(fen)和苯酚(fen)等對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)菌(jun)具有(you)(you)(you)(you)毒害或抑(yi)制作用(yong)，因為(wei)催化(hua)硝(xiao)(xiao)化(hua)反應的酶內(nei)含Cu I一Cu II電子(zi)對(dui)，凡(fan)是與酶中的蛋白(bai)質(zhi)競爭Cu或直接嵌入酶結構的有(you)(you)(you)(you)機(ji)物(wu)，均會對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)菌(jun)發生(sheng)抑(yi)制作用(yong)。這(zhe)些有(you)(you)(you)(you)機(ji)物(wu)對(dui)硝(xiao)(xiao)化(hua)菌(jun)的抑(yi)制作用(yong)要比亞硝(xiao)(xiao)化(hua)菌(jun)強，所(suo)以會在對(dui)含這(zhe)類(lei)物(wu)質(zhi)的污水生(sheng)物(wu)脫(tuo)氮中產生(sheng)亞硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)積累現象。