学文网摘要： 短程硝化反硝化是近年来的研究热点，特别是控制因素的研究有较多成果。硝化反硝化是一种新型污水处理技术，具有诸多优点。本文介绍了短程硝化反硝化理论，影响短程硝化的环境因素：溶解氧(DO)、游离氨(FA)、温度、pH。
关键词：污水处理、短程硝化反硝化、亚硝酸菌、DO
中***分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：
一、短程硝化反硝化理论
1、短程硝化理论的提出
在废水生物脱氮领域，一直流行着全程硝化反硝化的理念和做法。该理论认为氨氮借助两类不同的细菌(硝化菌和反硝化菌)将水中的氨转化为氮气而去除，即NH4+需经历典型的硝化和反硝化过程。硝化过程就是将氨氮转化为硝酸盐的过程。需经历两个步骤：第一，就是在亚硝酸菌的作用下将氨氮转化为亚硝酸盐；第二，就是在硝酸菌的作用下将亚硝酸盐转化为硝酸盐。硝化反应过程需要在好氧条件下进行，以氧气作为电子受体。
反应过程用下式表示：
反硝化过程是将亚硝酸盐或硝酸盐转化为氮气的过程。反硝化细菌利用各种有机基质作为电子供体，以亚硝酸盐或硝酸盐作为电子受体，进行缺氧呼吸。因为反硝化细菌是一种化能异养兼性缺氧型微生物。反应过程如下：
由上可以看出，硝化过程的两步反应需要两类不同的细菌来完成，因此这两步反应是可以分开的。而反硝化过程中硝酸盐和亚硝酸盐都可以作为电子受体。因此，就生物脱氮而言，硝化过程中的“NO2—NO3—”与反硝化过程中的“NO3— NO2—”是一段多走的路程，将其从工艺中省去同样能实现废水脱氮。
短程硝化反硝化就是将硝化反应控制在亚硝化阶段，阻止NO2—进一步被氧化为NO3—，然后直接以NO2—作为电子受氢体进行反硝化。其明显的标志是在硝化反硝化的过程中有较高浓度的亚硝酸盐的积累，因此，如何持久稳定的维持亚硝酸盐的积累也就成了研究的重点和热点所在。
二、短程硝化反硝化具有以下优点：
①在硝化阶段减少了NO2—NO3—的过程，降低了耗氧量，减少了能耗；
②在反硝化阶段减少了NO3— NO2—的过程，减少了有机碳源的用量，降低了运行费用；
③缩短了反应过程，使反应时间缩短，可减少反应器容积，降低投资运行费用；
④硝化和反硝化在同一反应器中进行，则硝化产生的酸度与反硝化产生的碱度互相抵消，可以节约大量用来调节 值的酸和碱
三、影响短程硝化的环境因素
由于废水生物处理均为开放的非纯培养系统，如何控制硝化停止在HNO2阶段是实现短程生物脱氮的关键。传统硝化过程是由亚硝酸菌和硝酸菌协同完成的，由于这两类细菌在开放的生态系统中形成较为紧密的互生关系，因此绝对完全的亚硝酸化累积是不可能的。短程硝化标志是稳定且较高的HNO2积累即亚硝酸化率较高。由于NO2—很容易被硝酸菌氧化，因此寻求抑制硝酸菌的活性而对亚硝酸菌的活性影响很小、防止NO2—氧化为NO3—，成为研究实现短程硝化的目标。影响亚硝酸菌和硝酸菌活性的因素很多，主要有pH值、溶解氧浓度(DO)、游离性氨(FA)和温度等。
1.pH值的影响
pH值对硝化有三个作用：①激活和失活菌种的活性。pH值的变化影响水中H+、OH—的含量，酶的弱酸碱基团对H+和OH—离子的吸附，影响酶的活性，继而影响菌种。②通过影响营养物浓度如碱度。水中的碱度主要来自OH—、CO32-和HCO3—,各含量受pH值的影响。碱度可以缓冲硝化中产生H+，同时其中的HCO3—又是硝化的无机性碳源。③pH值影响FA与游离性亚硝酸的浓度和重金属的存在状态，继而影响两类菌种的活性。一般认为亚硝酸累积最佳pH值在7-8.5.
2.DO对短程硝化的影响
系统中的DO大小决定了短程硝化反硝化系统的启动以及稳定性的维持，关于溶解氧对短程硝化反硝化系统的影响，目前已经有大量的研究，普遍认为将系统溶解氧控制在0.5-1mg／L时，系统中的亚硝酸菌活性占优，因而会有大量的亚硝酸盐氮富集产生，可以成功地实现短程硝化.对于短程硝化反硝化系统来说，应将DO浓度控制在一个有效的范围内，这样既有利于氨氮的硝化反应，同时也有利于短程硝化的顺利进行。
3.游离氨(FA)
氨氮浓度的高低直接影响氨氧化菌的氧化速率，随着氨氮浓度的增加而增加，亚硝酸盐氧化菌对氨氮的氧化速率则随着氨氮浓度的增加而降低。所以通过控制FA实现短程硝化就是将FA控制在对亚硝酸盐氧化菌产生抑制而对氨氧化菌不产生抑制或抑制较轻的浓度范围内。游离氨影响亚硝态氮积累的机理称之为NH3浓度机理：废水中的氨氮主要以氨离子(NH4+)和游离氨(NH3)两种形式存在，并在水中保持如下的平衡关系：
NH3+ H2O = NH4+ + OH—
NH4+ NO2— NO3—
HNO2 =NO2— +H+
由公式可以看出，FA浓度会影响NH4+的浓度，而进水氨氮浓度的高低又直接影响短程硝化反硝化的进程和硝化结束后系统内亚硝酸盐的积累。
4. 温度的影响
温度对微生物影响很大。硝化反应在4-45℃内均可进行，适宜的温度为20-35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温不仅影响硝化产物的种类而且降低硝化两类菌的活性。研究证明：在10-20℃内硝酸菌活性高于亚硝酸菌，硝化产物以NO3—为主；20-25℃内亚硝酸菌活性逐渐升高而硝酸菌活性缓慢降低，25℃时距硝酸菌活性达到最大。实验证明NO2—累积的最佳温度为25℃；Ford研究认为是30-36℃，这在SHARON工艺得到印证。
5．其它因素
缺/好氧交替的亚硝化反应的滞后期、污泥龄(SRT)、游离性羟氨等都影响亚硝酸累积。短程硝化影响因素的研究是一个系统工程，每一个影响因素都不是孤立地影响短程硝化，而是与其它因素联合作用。因此任何一个控制因子的确定除明确它本身对硝化两类细菌的影响外，还要考虑其它因素是否在有利于短程硝化的范围。
四、结束语
短程硝化反硝化具有降低能耗、节约碳源、减少污泥产量等优点，是公认的高效生物脱氮技术，在应用于处理高氨氮浓度和低C／N比污水时，在经济上和技术上具有可行性。由于短程硝化过程中温度、DO、pH值等影响因素的控制难度较大，需要研发更加完善的***检测和模糊控制技术，以实现稳定的短程硝化，从而进一步扩展短程硝化反硝化技术在普通城市污水处理中的应用。
参考文献：
郭海娟，马放，沈耀良DO和pH值在短程硝化中的作用[J]．环境污染治理技术与设备，2006，7(1)：37—41．
张小玲，李斌，杨永哲．低DO下的短程硝化及同步硝化反硝化[J]．中国给水排水，2004，20(5)：13—16．