短程硝化反硝化生物脱氮影响因素与实现途径

李 娜，胡筱敏，李国德，赵 岩，刘金亮

（1.东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 110004；2.沈阳师范大学实验教学中心，沈阳110034）

短程硝化反硝化的电子受体是亚硝氮，所以短程脱氮的核心是亚硝氮的积累。短程硝化是在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的作用下实现的，这两类微生物生存的环境条件不同，因此，通过控制这两类微生物的环境条件，可进而控制其活性，保证系统中氨氧化菌大量生长，抑制亚硝酸盐氧化菌的繁殖，达到亚硝氮积累的目的。对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌产生选择性抑制的主要因素有：温度，溶解氧（DO），pH，游离氨（FA），污泥龄，抑制剂等[1-6]。

1 短程硝化反硝化工艺的优越性

短程硝化反硝化相比于全程硝化反硝化，缩短了反应步骤，正是由于生物脱氮过程中反应步骤的减少，使短程硝化反硝化具有如下优势[7-15]：①硝化阶段只需将氨氮氧化为亚硝氮，可减少25%的需氧量，降低了污水处理的运行能耗；②反硝化阶段节省了外加碳源，可减少40%的有机碳源，降低污水处理运行费用的同时，使低碳氮比废水高效率脱氮成为可能；③亚硝氮反硝化的速率是硝氮反硝化速率的近2倍，缩短了系统的水力停留时间，减小了反应器有效容积和占地面积，节省了污水处理的基建投资费用；④短程硝化反硝化能够减少剩余污泥的排放量，在硝化过程中可减少产泥24%～33%，在反硝化过程中可减少产泥50%，节省了污水处理中的污泥处理费用；⑤减少了碱的投加量，运行管理简单。

2 短程硝化反硝化影响因素及实现途径

2.1 温度

温度是微生物生长繁殖的重要影响因素，对短程硝化反硝化的影响很大。亚硝酸菌与硝酸菌有着不同的最适宜温度范围，因此可通过调节温度抑制硝酸菌生长，达到实现短程硝化反硝化的目的。生物硝化反应在4～45℃均可进行，当系统温度较高时，氨氧化菌处于优势地位，有利于亚硝氮的积累，进而实现短程硝化，12～14℃亚硝化细菌积累，15～30℃硝化细菌活性较大，大于30℃又出现亚硝酸盐的积累，可见，提高温度能使氨氧化菌处于优势地位[16-18]。

2.2 溶解氧

溶解氧对短程硝化反硝化起着至关重要的作用，这是因为溶解氧浓度的高低对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌影响情况不同。氨氧化菌氧饱和常数一般为0.2～0.4mg/L，硝酸菌为1.2～1.5mg/L，低溶解氧条件下，可使氨氧化菌成为优势菌淘汰亚硝酸盐氧化菌，容易形成亚硝氮的积累，进而将硝化过程控制在亚硝态氮阶段，达到短程硝化的目的。但也有研究表明，高溶解氧的状态下，通过控制pH值、HRT、温度等条件，也可实现亚硝酸盐的积累[19-21]。

2.3 pH值影响

pH值是影响短程硝化的重要参数，亚硝酸菌的适宜pH值为7.0～8.5，而硝酸菌的适宜pH值为6.0～7.5。水体中pH值低于7.5，硝酸菌占优势，系统中亚硝酸盐浓度降低。pH值升高到7.5以上，亚硝酸菌的增长占优势地位，亚硝酸盐浓度升高，出现亚硝酸盐的积累[22]。

2.4 游离氨

游离氨一方面作为基质加快快氨氧化反应，另一方面对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性又有抑制作用。在硝化过程中，硝酸菌比亚硝酸菌对游离氨更敏感，游离氨对AOB和NOB的抑制浓度不同，对AOB的抑制浓度为10～150mg/L，对NOB的抑制浓度为0.1～1.0mg/L，NOB对游离氨较AOB敏感，当游离氨的浓度介于两者之间时，AOB能够正常增殖和氧化，NOB被抑制，就会发生亚硝酸的积累，0.6mg/L的FA几乎可以抑制硝酸菌[23]。

2.5 污泥龄

氨氧化菌的世代时间比亚硝酸盐氧化菌的世代时间短，氨氧化菌的最大生长速率为2.2d-1，亚硝酸盐氧化菌的最大生长速率为1.4d-1，因此，将污泥停留时间调整在氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌最小停留时间之间，系统中的NOB将逐渐流失掉，使AOB成为系统中的优势菌[24-25]。

2.6 碳氮比

C/N比对亚硝酸盐的积累有着较大影响，是影响生物脱氮系统的主要因素之一，过高的C/N会降低硝化反硝化的速率，造成资源浪费，C/N过低会阻碍反硝化的进行，抑制系统中的同时硝化反硝化，影响整个系统总氮的去除[26]。

2.7 抑制剂

一些化学物质对硝化反应有选择性抑制[27-29]，相对于氨氧化菌来说，亚硝酸盐氧化菌对环境适应性慢，所以在生长环境发生改变时很容易受到抑制，出现亚硝氮积累的现象。废水中也存在一些化学物质或金属离子对亚硝酸盐氧化菌有选择性抑制作用，使亚硝酸盐氧化菌被抑制或杀死。这些对亚硝酸盐氧化菌具有抑制作用的化学物质也可以作为短程硝化反硝化的控制因素[30]。

3 结语

相比于传统生物脱氮工艺，短程硝化反硝化具有较多优点，为研究者们在污水处理领域提供了更多新的研究理论和研究思路，将受到了污水处理领域的广泛关注，应用前景广阔。

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