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由于工業(yè)化進(jìn)程的加速，氮、磷的污染問(wèn)題日益尖銳化。越來(lái)越多的國(guó)家地區(qū)制定了更為嚴(yán)格的污水氮、磷的排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是氮的考核內(nèi)容也從單一的氨氮指標(biāo)發(fā)展到總氮(氨態(tài)氮、硝態(tài)氦和有機(jī)氮的總和)的考核指標(biāo)。近年來(lái)一些新理論提出，使污水脫氮實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，這樣不僅可以提高細(xì)菌的增長(zhǎng)速度、縮短反應(yīng)進(jìn)程，從而減少反應(yīng)容積，而且同時(shí)減少硝化的曝氣量和反硝化有機(jī)物的投加量，減少運(yùn)行費(fèi)用。
一、短程硝化機(jī)理
污水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程完成，而硝化過(guò)程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個(gè)階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨(dú)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(xì)菌獨(dú)立催化完成的不同反應(yīng)，所以需要通過(guò)適當(dāng)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(jìn)一步氧化，隨后直接進(jìn)行反硝化，這就是短程硝化反硝化的作用機(jī)理。
二、短程硝化的優(yōu)點(diǎn)
三、短程硝化過(guò)程中的影響因子
生物脫氮的硝化過(guò)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(zhǎng)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(xì)菌和硝化細(xì)菌均可進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)表明，低溫也可實(shí)現(xiàn)短程硝化。在低溫時(shí)，亞硝酸鹽氧化菌利用氨氮的能力大于硝化細(xì)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(dòng)，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(shí)現(xiàn)短程硝化，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)控制使其穩(wěn)定并優(yōu)化污泥種群結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在低溫條件下維持短程硝化。要解決實(shí)際應(yīng)用低溫的問(wèn)題，還需要尋找出適應(yīng)北方低溫的氨氧化細(xì)菌的菌株來(lái)。
2、DO濃度
DO濃度是AOB和NOB生長(zhǎng)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(duì)DO的控制實(shí)現(xiàn)短程硝化是將該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的一種較為理想的方法，它比較適合作為未來(lái)實(shí)際工程的控制參數(shù)，因?yàn)榭刂坪闷貧饬?、曝氣頻率以及曝氣方式，就可較好地實(shí)現(xiàn)短程硝化。
在生物膜反應(yīng)器中，當(dāng)DO的濃度控制在0.5mg/L以下時(shí)，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(lái)改變曝氣方式以及曝氣頻率也可實(shí)現(xiàn)短程硝化。這些方法的共同點(diǎn)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(shí)間內(nèi)反應(yīng)器處于厭氧狀態(tài)。
3、FA及FNA的影響
實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)A對(duì)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(dá)到6mg/L 時(shí)可完全抑制NOB的生長(zhǎng)；FNA完全抑制NOB和AOB生長(zhǎng)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(duì)FA的抑制具有適應(yīng)性，若反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行短程硝化會(huì)被破壞。
4、pH值
由于硝酸菌和亞硝酸菌適宜生長(zhǎng)的pH值范圍不同，所以可以利用控制pH值的方法實(shí)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(shí)現(xiàn)亞硝酸的累積。
pH雖然是實(shí)際中較容易控制的，但它也存在一定的缺點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是需要pH的實(shí)時(shí)監(jiān)控，和相配套的藥劑自動(dòng)投加設(shè)備及攪拌設(shè)備，并且藥劑費(fèi)用也增添了反應(yīng)器運(yùn)行費(fèi)用，這些在一定程度上抵消了短程硝化本身的優(yōu)勢(shì)。
5、SRT
通過(guò)SRT的控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)亞硝酸的積累的，SRT卻是反應(yīng)器短程硝化穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制參數(shù)。泥齡控制偏低會(huì)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(guò)高會(huì)提高硝酸菌的數(shù)量，在低負(fù)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(shí)現(xiàn)短程硝化的關(guān)鍵參數(shù)。
6、抑制劑
對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過(guò)高質(zhì)量濃度的游離氨、重金屬、有毒有害物質(zhì)以及有機(jī)物。重金屬會(huì)對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由強(qiáng)到弱；當(dāng)pH由高到低時(shí)，毒性由弱到強(qiáng).鋅、銅和鉛等重金屬對(duì)硝化反應(yīng)的兩個(gè)階段都有抑制，但抑制程度不同。某些有機(jī)物如苯胺、鄰甲酚和苯酚等對(duì)硝化細(xì)菌具有毒害或抑制作用，因?yàn)榇呋趸磻?yīng)的酶內(nèi)含Cu I一Cu II電子對(duì)，凡是與酶中的蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)Cu或直接嵌入酶結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，均會(huì)對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)生抑制作用。這些有機(jī)物對(duì)硝化菌的抑制作用要比亞硝化菌強(qiáng)，所以會(huì)在對(duì)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。