1、長(zhǎng)期以來無論是在廢水生物脫氮理論上還是在工程實(shí)踐中，都一直認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)廢水生物脫氮就必須使NH4嗟歷典型的硝化和反硝化過程才能安全地被除去，這條途徑也可稱之為全程（或完全）硝化一反硝化生物脫氮。實(shí)際上從氮的微生物轉(zhuǎn)化過程來看，氨被氧化成硝酸是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌催化完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，應(yīng)該可以分開。對(duì)于反硝化菌，無論是NO2-還是NO3勻可以作為最終受氫體，因而整個(gè)生物脫氮過程也可以經(jīng)NH4+fHNO27電這樣的途徑完成。早在1975年Voet就發(fā)現(xiàn)在硝化過程中HNO2積累的現(xiàn)象并首次提出了短程硝化一反硝化生物脫氮（Shortcutnitrificationdenitrification,也可稱為不

2、完全或稱簡(jiǎn)捷硝化一反硝化生物脫氮），隨后國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種方法就是將硝化過程控制在hno2階段而終止，隨后進(jìn)行反硝化。已有研究大多基于小型反應(yīng)器內(nèi)的間歇懸浮生長(zhǎng)工藝1,對(duì)氮的去除率偏低2,對(duì)接觸氧化系統(tǒng)中進(jìn)行常溫下短程脫氮工藝的研究較少。短程生物脫氮具有以下特點(diǎn)3'4:對(duì)于活性污泥法，可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%,降低能耗；節(jié)省反硝化所需碳源40%，在C/N比一定的情況下提高TN去除率；減少污泥生成量可達(dá)50%;減少投堿量；縮短反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)反應(yīng)器容積減少。因此這一方法重新受到了人們的關(guān)注。短程硝化的標(biāo)志是穩(wěn)定且較高的HNO2積累即亞硝酸化率較高NO2-N/（NOr-N+

3、NO3N）至少大于50%以上。在不對(duì)氨態(tài)氮氧化產(chǎn)生較大影響的前提下，抑制亞硝酸鹽的氧化過程，獲得穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累，是成功實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化工藝的關(guān)鍵。影響亞硝酸積累的因素主要有溫度、pH、氨濃度、氮負(fù)荷、DO、有害物質(zhì)及泥齡。 溫度。生物硝化反應(yīng)在445c內(nèi)均可進(jìn)行，適宜溫度為2035C,一般低于15c硝化速率降低，并且低溫對(duì)硝化產(chǎn)物及兩類硝化菌活性影響也不同。1214C下活性污泥中硝酸菌活性受到更嚴(yán)重的抑制，出現(xiàn)HNO2積累。1530c范圍內(nèi)，硝化過程形成的亞硝酸可完全被氧化成硝酸。溫度超過30c后又會(huì)出現(xiàn)HNO2積累。 pH。隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)行，硝化過程產(chǎn)生的酸使廢水pH不斷下降。亞硝酸

4、菌要求的最適pH在78.5之間，硝酸菌為67.5。反應(yīng)器中pH低于7則整個(gè)硝化反應(yīng)會(huì)受到抑制。pH升高到8以上，則出水HNO2濃度升高，硝化產(chǎn)物中亞硝酸比率增加，出現(xiàn)HNO2積累。 NH3濃度與氮負(fù)荷。廢水中氨隨pH不同分別以分子態(tài)和離子態(tài)形式存在。分子態(tài)游離氨（FA）對(duì)硝化作用有明顯的抑制作用，硝化桿菌屬比亞硝化單胞菌屬（硝化過程中常見的兩個(gè)菌屬）更易受到FA的抑制，0.6mg/L的FA幾乎就可以全部抑制硝酸菌的活性，從而使HNO2氧化受阻，出現(xiàn)HNO2積累。只有當(dāng)FA達(dá)到5mg/L以上時(shí)才會(huì)對(duì)亞硝酸菌活性產(chǎn)生影響，當(dāng)達(dá)到40mg/L才會(huì)嚴(yán)重抑制亞硝酸的形成。pH升高，F(xiàn)A濃度增大，造成HN

5、O2積累。另外氨氮負(fù)荷過高時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行初期有利于繁殖較快的亞硝酸菌增長(zhǎng)，使亞硝酸產(chǎn)生量大于氧化量出現(xiàn)積累。進(jìn)水負(fù)荷過大所造成的HNO2積累也與水中總氨氮中FA濃度增加有關(guān)，沖擊負(fù)荷也會(huì)造成HNO2積累。 DO。亞硝酸菌和硝酸菌均是絕對(duì)好氧菌，在生物膜和活性污泥反應(yīng)器中當(dāng)膜的厚度和污泥顆粒的尺度較大時(shí)，形成氧擴(kuò)散梯度。一般認(rèn)為至少應(yīng)使DO在0.5mg/L以上時(shí)才能很好地進(jìn)行硝化作用，否則硝化作用會(huì)受到抑制。降低溶氧對(duì)氨氧化影響不大，但對(duì)亞硝酸氧化有明顯阻礙，產(chǎn)生HNO2積累。 有害物質(zhì)。硝化菌對(duì)環(huán)境較為敏感。廢水中酚、富及重金屬離子等有害物質(zhì)對(duì)硝化過程有明顯抑制作用。相對(duì)于亞硝酸菌，硝酸菌對(duì)環(huán)

6、境適應(yīng)性慢，因而在接觸有害物質(zhì)的初期會(huì)受抑制，出現(xiàn)亞硝酸積累。 泥齡。亞硝酸菌的世代較硝酸菌短，在懸浮處理系統(tǒng)中若泥齡介于硝酸菌和亞硝酸菌的最小停留時(shí)間之間時(shí)，系統(tǒng)中的硝酸菌會(huì)逐漸被“淘洗”掉，使亞硝酸菌成為系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)硝化菌，硝化產(chǎn)物以HNO2為主。短程硝化的維持雖然很多因素會(huì)導(dǎo)致硝化過程中亞硝酸積累，但目前對(duì)此現(xiàn)象的理論解釋還不充分，認(rèn)識(shí)有所不同，長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持HNO2積累的途徑還有待探索。Anthonisen在試驗(yàn)中注意到高濃度游離氨（FA）對(duì)硝化作用有抑制作用，并影響到硝化產(chǎn)物。Alleman在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究后提出了HNO2積累的選擇性抑制學(xué)說。他認(rèn)為亞硝酸菌和硝酸菌對(duì)FA敏感度不同

7、，只要控制系統(tǒng)中FA濃度介于硝酸菌抑制濃度和亞硝酸菌抑制濃度之間就可保證氨氧化正常進(jìn)行而HNO2氧化受到阻礙，形成HNO2積累。另一些試驗(yàn)表明，高濃度FA抑制所造成的HNO2積累并不穩(wěn)定，時(shí)間一長(zhǎng)系統(tǒng)中亞硝酸濃度和亞硝化比率均會(huì)下降，HNO3濃度增大。這說明硝酸菌對(duì)FA所產(chǎn)生的抑制作用會(huì)逐漸適應(yīng)，而且硝酸菌對(duì)FA適應(yīng)性是不可逆轉(zhuǎn)的，即便再進(jìn)一步提高FA濃度，亞硝化比率也不會(huì)增加。國(guó)內(nèi)學(xué)者在進(jìn)行高氨廢水生物處理中也遇到類似情況5。在設(shè)施運(yùn)行初期，負(fù)荷增長(zhǎng)過程中或遭遇到?jīng)_擊負(fù)荷以及進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大時(shí)都會(huì)出現(xiàn)亞硝化現(xiàn)象，好氧段出水中亞硝酸濃度增加，甚至運(yùn)行初期硝化產(chǎn)物幾乎以亞硝酸為主，但經(jīng)過一段時(shí)間

8、的恢復(fù)與適應(yīng)后，出水又以硝酸鹽為主。彭黨聰在焦化廢水處理中發(fā)現(xiàn)，即使硝化菌同時(shí)接觸到高濃度有機(jī)物、酚、富及FA等多重抑制物，硝化菌對(duì)此仍有一定的適應(yīng)性，亞硝化率由初期的85%以上逐漸下降。進(jìn)水水質(zhì)的經(jīng)常波動(dòng)會(huì)削弱硝酸菌的這種適應(yīng)性。因此單純依靠提高FA濃度等抑制作用來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)定的短程硝化是不可能的。1997年荷蘭的Mulder6提出了SHARON工藝來處理城市污水二級(jí)處理系統(tǒng)中污泥消化上清液和垃圾濾出液等高氨廢水，可使硝化系統(tǒng)中HNO2積累達(dá)100%。SHARON工藝全稱為SinglereactorsystemforHighactivityAmmoniaRemovalOverNitrite。

9、該工藝采用CSTR反應(yīng)器。因在一定的高溫下，硝化菌對(duì)氨有很高轉(zhuǎn)化率，所以系統(tǒng)無需特別污泥停留。SHARON工藝的核心是利用在高溫（3035C）下，亞硝酸菌的最小停留時(shí)間小于硝酸菌這一固有特性控制系統(tǒng)的水力停留時(shí)間，介于硝酸菌和亞硝酸菌最小停留時(shí)間之間，則硝酸菌被自然淘汰，從而維持了穩(wěn)定的HNO2積累。在SHARON工藝中，溫度和pH受到嚴(yán)格控制。利用此專利工藝的兩座廢水生物脫氮處理廠已在荷蘭建成，證明了短程硝化一反硝化的可行性。但此工藝?yán)孟勰嘞罕旧頊囟容^高的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)短程硝化，這對(duì)于大多數(shù)工程意義不大，因?yàn)榇罅克郎亍⒈卦?040c難于實(shí)現(xiàn)。另外，SHARON工藝去除率最多達(dá)90

10、%。當(dāng)進(jìn)水NH3-N為1000mg/L時(shí)，出水NH3-N仍高達(dá)100mg/L以上。這一方法對(duì)于本身溫度較高的高氨廢水生物脫氮處理有重要的現(xiàn)實(shí)意義。DO是硝化與反硝化過程中重要因素。Hanaki研究表明，低溶氧下亞硝酸菌增殖速率加快，補(bǔ)償了由于低氧所造成的代謝活動(dòng)下降，使得整個(gè)硝化階段中氨氧化未受到明顯影響，而亞硝酸大量積累，降低溶氧對(duì)硝酸菌有明顯抑制作用。Laanbroek7的研究進(jìn)一步表明低溶氧下亞硝酸大量積累是由于亞硝酸菌對(duì)DO的親合力較硝酸菌強(qiáng)。亞硝酸菌氧飽和常數(shù)一般為0.20.4mg/L,硝酸菌的為1.21.5mg/L。低溶氧下，亞硝酸菌和硝酸菌增殖速率均下降。當(dāng)DO為0.5mg/L時(shí)

11、,亞硝酸菌增殖速率約為正常時(shí)的60%,而硝酸菌則不超過正常值的30%。利用這兩類菌動(dòng)力學(xué)特性的差異有望在活性污泥系統(tǒng)和生物膜上逐漸達(dá)到淘汰硝酸菌的目的。只是在懸浮系統(tǒng)中，低氧下活性污泥很易解體和發(fā)生絲狀膨脹7。但低氧下確實(shí)可以如SHARON工藝一樣實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)器中逐漸保留亞硝酸菌的目的。低氧下，不但存在對(duì)硝酸菌的淘汰還存在對(duì)硝酸菌活性的抑制。彭黨聰在生物膜反應(yīng)器中也發(fā)現(xiàn)低濃度DO抑制了硝化現(xiàn)象，DO在0.51mg/L,當(dāng)進(jìn)水NH3-N為250mg/L時(shí)，出水NH3-N低于5mg/L且硝化產(chǎn)物以亞硝酸為主，亞硝化率高達(dá)90%以上，連續(xù)運(yùn)行120d,無明顯變化，表明了低DO下生物膜系統(tǒng)獲得了良好的短

12、程硝化效果。無論是SHARON工藝還是利用低DO下亞硝酸化，其本質(zhì)均是利用了微生物動(dòng)力學(xué)特性固有差異而實(shí)現(xiàn)兩類菌的動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)與選擇的結(jié)果，尤其是降低溶解氧作為實(shí)現(xiàn)短程硝化的控制是對(duì)傳統(tǒng)好氧處理和傳統(tǒng)生物脫氮處理的深化，但諸如活性污泥的沉降性和污泥膨脹、低溶氧下同步硝化反硝化等問題仍有待于進(jìn)一步研究與完善。1馬勇，王淑瑩，曾薇，等.A/O生物脫氮工藝處理生活污水中試（一）短程硝化反硝化的研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006,26：703-709.2韓燕.生物接觸氧化工藝去除氨氮試驗(yàn)研究J.山西建筑，2005,31(3):167-168.3 BaeW,ChungJW.AshortcutbiologicalnitrogenremovalinabiofilmreactorbysuppressingnitriteoxidationJ.J.Biodegradation,2002,10:349-356.4 TurkO,MavinicDS.Maintainingnitritebuild2upinasystemacclimatedtofreeammoniaJ.J.WaterRes.,1989,23(11):1383-1388.5文一波，錢易.焦化廢水生物脫氮研究J.環(huán)境科學(xué),1994,13(3):45-50.6 MulderJW,RogiervanKempen.N-removalbySHARONA.IAW