李 娜，胡筱敏，李國(guó)德，趙 巖，劉金亮

（1.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110004；2.沈陽(yáng)師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，沈陽(yáng)110034）

短程硝化反硝化的電子受體是亞硝氮，所以短程脫氮的核心是亞硝氮的積累。短程硝化是在氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的作用下實(shí)現(xiàn)的，這兩類微生物生存的環(huán)境條件不同，因此，通過控制這兩類微生物的環(huán)境條件，可進(jìn)而控制其活性，保證系統(tǒng)中氨氧化菌大量生長(zhǎng)，抑制亞硝酸鹽氧化菌的繁殖，達(dá)到亞硝氮積累的目的。對(duì)氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌產(chǎn)生選擇性抑制的主要因素有：溫度，溶解氧（DO），pH，游離氨（FA），污泥齡，抑制劑等[1-6]。

1 短程硝化反硝化工藝的優(yōu)越性

短程硝化反硝化相比于全程硝化反硝化，縮短了反應(yīng)步驟，正是由于生物脫氮過程中反應(yīng)步驟的減少，使短程硝化反硝化具有如下優(yōu)勢(shì)[7-15]：①硝化階段只需將氨氮氧化為亞硝氮，可減少25%的需氧量，降低了污水處理的運(yùn)行能耗；②反硝化階段節(jié)省了外加碳源，可減少40%的有機(jī)碳源，降低污水處理運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)，使低碳氮比廢水高效率脫氮成為可能；③亞硝氮反硝化的速率是硝氮反硝化速率的近2倍，縮短了系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，減小了反應(yīng)器有效容積和占地面積，節(jié)省了污水處理的基建投資費(fèi)用；④短程硝化反硝化能夠減少剩余污泥的排放量，在硝化過程中可減少產(chǎn)泥24%～33%，在反硝化過程中可減少產(chǎn)泥50%，節(jié)省了污水處理中的污泥處理費(fèi)用；⑤減少了堿的投加量，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。

2 短程硝化反硝化影響因素及實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 溫度

溫度是微生物生長(zhǎng)繁殖的重要影響因素，對(duì)短程硝化反硝化的影響很大。亞硝酸菌與硝酸菌有著不同的最適宜溫度范圍，因此可通過調(diào)節(jié)溫度抑制硝酸菌生長(zhǎng)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的目的。生物硝化反應(yīng)在4～45℃均可進(jìn)行，當(dāng)系統(tǒng)溫度較高時(shí)，氨氧化菌處于優(yōu)勢(shì)地位，有利于亞硝氮的積累，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)短程硝化，12～14℃亞硝化細(xì)菌積累，15～30℃硝化細(xì)菌活性較大，大于30℃又出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累，可見，提高溫度能使氨氧化菌處于優(yōu)勢(shì)地位[16-18]。

2.2 溶解氧

溶解氧對(duì)短程硝化反硝化起著至關(guān)重要的作用，這是因?yàn)槿芙庋鯘舛鹊母叩蛯?duì)氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌影響情況不同。氨氧化菌氧飽和常數(shù)一般為0.2～0.4mg/L，硝酸菌為1.2～1.5mg/L，低溶解氧條件下，可使氨氧化菌成為優(yōu)勢(shì)菌淘汰亞硝酸鹽氧化菌，容易形成亞硝氮的積累，進(jìn)而將硝化過程控制在亞硝態(tài)氮階段，達(dá)到短程硝化的目的。但也有研究表明，高溶解氧的狀態(tài)下，通過控制pH值、HRT、溫度等條件，也可實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累[19-21]。

2.3 pH值影響

pH值是影響短程硝化的重要參數(shù)，亞硝酸菌的適宜pH值為7.0～8.5，而硝酸菌的適宜pH值為6.0～7.5。水體中pH值低于7.5，硝酸菌占優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)中亞硝酸鹽濃度降低。pH值升高到7.5以上，亞硝酸菌的增長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)地位，亞硝酸鹽濃度升高，出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累[22]。

2.4 游離氨

游離氨一方面作為基質(zhì)加快快氨氧化反應(yīng)，另一方面對(duì)氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的活性又有抑制作用。在硝化過程中，硝酸菌比亞硝酸菌對(duì)游離氨更敏感，游離氨對(duì)AOB和NOB的抑制濃度不同，對(duì)AOB的抑制濃度為10～150mg/L，對(duì)NOB的抑制濃度為0.1～1.0mg/L，NOB對(duì)游離氨較AOB敏感，當(dāng)游離氨的濃度介于兩者之間時(shí)，AOB能夠正常增殖和氧化，NOB被抑制，就會(huì)發(fā)生亞硝酸的積累，0.6mg/L的FA幾乎可以抑制硝酸菌[23]。

2.5 污泥齡

氨氧化菌的世代時(shí)間比亞硝酸鹽氧化菌的世代時(shí)間短，氨氧化菌的最大生長(zhǎng)速率為2.2d-1，亞硝酸鹽氧化菌的最大生長(zhǎng)速率為1.4d-1，因此，將污泥停留時(shí)間調(diào)整在氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌最小停留時(shí)間之間，系統(tǒng)中的NOB將逐漸流失掉，使AOB成為系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌[24-25]。

2.6 碳氮比

C/N比對(duì)亞硝酸鹽的積累有著較大影響，是影響生物脫氮系統(tǒng)的主要因素之一，過高的C/N會(huì)降低硝化反硝化的速率，造成資源浪費(fèi)，C/N過低會(huì)阻礙反硝化的進(jìn)行，抑制系統(tǒng)中的同時(shí)硝化反硝化，影響整個(gè)系統(tǒng)總氮的去除[26]。

2.7 抑制劑

一些化學(xué)物質(zhì)對(duì)硝化反應(yīng)有選擇性抑制[27-29]，相對(duì)于氨氧化菌來說，亞硝酸鹽氧化菌對(duì)環(huán)境適應(yīng)性慢，所以在生長(zhǎng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)很容易受到抑制，出現(xiàn)亞硝氮積累的現(xiàn)象。廢水中也存在一些化學(xué)物質(zhì)或金屬離子對(duì)亞硝酸鹽氧化菌有選擇性抑制作用，使亞硝酸鹽氧化菌被抑制或殺死。這些對(duì)亞硝酸鹽氧化菌具有抑制作用的化學(xué)物質(zhì)也可以作為短程硝化反硝化的控制因素[30]。

3 結(jié)語(yǔ)

相比于傳統(tǒng)生物脫氮工藝，短程硝化反硝化具有較多優(yōu)點(diǎn)，為研究者們?cè)谖鬯幚眍I(lǐng)域提供了更多新的研究理論和研究思路，將受到了污水處理領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。

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