短程硝化介绍及影响短程硝化的6大因素！

由于工业化进程的加速，氮、磷的污染问题日益尖锐化。越来越多的国家地区制定了更为严格的污水氮、磷的排放标准。尤其是氮的考核内容也从单一的氨氮指标发展到总氮（氨态氮、硝态氮、亚硝态氮等无机氮和蛋白质、氨基酸、有机胺等有机氮的总和）的考核指标。

为了适应新形势，满足新要求，近年来出现了一些新理论，如通过短程硝化反硝化实现污水脱氮。这样不仅可以提高细菌的增长速度、缩短反应进程，减少反应容积；而且减少了硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量，减少了运行费用。其中短程硝化也成为了近年来的研究热点。

一、短程硝化机

污水生物脱氮，一般由硝化和反硝化两个过程完成，而硝化过程分为氨氧化阶段和亚硝酸盐氧化阶段，这两个阶段分别由氨氧化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）独立完成：第一阶段是在AOB的作用下，将氨氮NH₄⁺-N氧化为亚硝态氮NO₂^--N；而第二阶段是在NOB的作用下，将亚硝态氮NO₂^--N氧化为硝态氮NO₃^--N。

由于硝化反应是由两类生理特性完全不同的细菌独立完成的，可以通过适当控制条件，将硝化反应控制在NO₂^--N阶段，阻止NO₂^--N的进一步氧化，随后可直接进行反硝化。

二、短程硝化的优点

① 硝化和反硝化速率加快，缩短了反应时间。

② 氨氧化菌（AOB）的世代周期比亚硝酸盐氧化菌（NOB）短，污泥龄短，提高了反应器微生物浓度。

③ 硝化反应器容积可减少8%，反硝化反应器容积可减少33%，节省了建筑费用。

④ 硝化过程节省约25%供氧量，反硝化过程节省约40%外加碳源（以甲醇计），节省了运行费用。

⑤ 硝化过程污泥产量降低24%-33%，反硝化过程污泥产量降低50%，明显降低了污泥排放量，进而减少污泥处理处置费用。

三、短程硝化过程中的影响因子

NO₂^--N积累主要受到温度、DO浓度、pH值、游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的浓度、泥龄(SRT)和抑制剂等因素的影响。

① 温度

硝化反应在4～45℃内均可进行，而AOB和NOB生长的最适宜温度各不相同，在12～14℃时，污泥中NOB的活性受到抑制，出现NO2--N的积累；15～30℃时，硝化过程形成的NO₂^--N完全被氧化成NO₃^--N；当温度超过30℃后又出现NO₂^--N的积累。在高温和低温环境下硝化菌均可较好地实现亚硝酸盐的积累。

② DO浓度

AOB和NOB的氧饱和常数分别为：0.3mg/L和1.1mg/L。可见AOB对氧的亲合力较NOB强，在低DO浓度下NOB的活性会显著减弱，使AOB生长速率大于NOB；虽然低DO浓度会使微生物代谢活动减弱，但硝化过程的氨氧化作用未受到明显影响，从而实现NO₂^--N的大量积累。

③ pH值

由于硝化菌和亚硝化菌适宜生长的pH值范围不同，所以可以利用控制pH值的方法实现短程硝化。亚硝化菌的适宜PH值为7.0～8.5，而硝酸菌的适宜pH值为6.0～7.5。将pH值控制在7.5～8.5可较好地抑制硝化菌，实现亚硝酸盐的累积。

pH虽然是实际中较容易控制的，但需要pH的实时监控和相配套的药剂自动投加设备及搅拌设备，并且也增加了反应器运行的药剂费用，在一定程度上削弱了短程硝化本身的优势。

④ FA及FNA的影响

FA对NOB和AOB产生抑制作用的浓度分别为0.1～1.1mg/L和10～15mg/L。而最新研究结果表明，FA浓度达到6 mg/L 时可完全抑制NOB的生长；FNA完全抑制NOB和AOB生长的浓度分别为0.02 mg/L和0.4 mg/L。因此可以利用FA或FNA的选择抑制作用使系统中的NOB受到抑制而AOB不受抑制，从而将硝化控制在亚硝化阶段；但NOB对FA的抑制具有适应性，长期运行时反应器的短程硝化过程难以维持。

有研究者提出利用FA与FNA联合控制实现稳定的短程硝化过程，即在反应器启动初期利用污水中较高的FA浓度使NOB受到抑制之后，由于NO₂^--N大量积累，较低的pH值会导致较高的FNA浓度，从而可利用反应器前期较高浓度的FA和后期较高浓度的FNA共同维持短程硝化过程。

⑤ SRT

泥龄控制偏低会导致硝酸菌和亚硝酸菌的流失，导致反应器处理能力的降低；泥龄过高会提高硝酸菌的数量，在低负荷下，反应器容易向全程硝化转化。选择适宜的SRT是稳定实现短程硝化的关键参数。

⑥ 抑制剂

对硝化反应有抑制作用的物质有：过高质量浓度的游离氨、重金属、有毒有害物质以及有机物。重金属会对硝化反应产生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由强到弱；当pH由高到低时，毒性由弱到强。锌、铜和铅等重金属对硝化反应的两个阶段都有抑制，但抑制程度不同。某些有机物如苯胺、邻甲酚和苯酚等对硝化细菌具有毒害或抑制作用，因为催化硝化反应的酶内含Cu I-Cu II电子对，凡是与酶中的蛋白质竞争Cu或直接嵌入酶结构的有机物，均会对硝化细菌发生抑制作用。这些有机物对硝化菌的抑制作用要比亚硝化菌强，所以会在对含这类物质的污水生物脱氮中产生亚硝酸盐积累现象。

四、MABR技术可实现短程硝化反硝化

MABR可以通过同步硝化反硝化同时去除污水中的有机物和氨氮。Terada 等较早利用MABR处理TOC为4500mg /L，TN为4000mg /L的养猪废水，当水力停留时间为15d，TOC去除率达到96%，TN去除率达到 83%，并通过核算发现86%的TN是通过短程硝化反硝化途径完成的，证明MABR可通过同步硝化反硝化去除高氨氮，并具有实现短程硝化的潜力。

近10年来，中试规模的MABR逐渐出现，拓展了MABR 的应用范围。MABR大多依托于传统厌氧－缺氧－好氧（AAO）工艺，发挥膜曝气的优势，提高处理能力。Peeters 等将MABR膜组件加入AAO工艺的缺氧段，用膜为硝化菌建立载体，增加硝化菌的数量，并实现同步硝化反硝化，达到80%的脱氮率，MABR环节的氧传递速率达到 8～16g/( m²·d) 。Sun 等将MABR膜组件加入中试AAO工艺的好氧段，提高了氧传递速率，对生活污水的 COD、氨氮和TN去除率分别达到（89.0±3.2）%、（98.8±1.3）% 和（68.5±4.2）%，污泥浓度降低到1800mg/L。随着实验室研究的深入，应该发展更多独立于传统工艺的MABR中试，充分发挥MABR高效率、低能耗的优势。

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