罗瑞春 张让平 王幸宇
中持水务股份有限公司 陕西西安 710000
摘要：工业发展如火如荼，为中国经济的快速发展插上了翅膀，但同时工业发展会产生大量污水，而目前对环保要求标准越来越严格，因此生物脱氮工艺也进一步的受到重视，在这其中短程硝化反硝化反应生物脱氮工艺因其具有的投资省、耗能低、节省面积、污泥产量低等优点成为了脱氮工艺的首选，本文对生物脱氮工艺与短程硝化反硝化工艺进行了简单的概述，并对实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺的方式进行了比较。
关键词：生物脱氮；短程硝化反硝化；PH控制；溶解氧控制；温度控制
当前，环保问题是现代化建设中的一个重要环节，而且环保不仅仅是传统意义上的控制污染物的排放，还涉及节能、低耗等，对工业产生的废水应当进行相应的处理使其符合国家规定的相关标准才能进行排放，而生物脱氮工艺因其具有的节能、综合成本低、污泥产量低等优点，在脱氮处理工艺中占据着非常重要的地位，生物脱氮技术也发展了不同的类别，目前发展形势较为突出的新型的生物脱氮工艺包括短程硝化反硝化工艺，短程硝化厌氧氨氧化工艺，同步硝化反硝化工艺，而在工业生产中使用最多的要数同步硝化反硝化工艺，但短程硝化反硝化工艺由于其停留时间短、占地面积小、运行能耗低、碳源需求少等众多优点，越来越受到人们的关注
1生物脱氮工艺概述
生物脱氮工艺在数年的发展中，已经实现了理论上的突破，传统意义上的生物脱氮分为两个过程—硝化反应与反硝化反应，其作用机理是通过微生物氧化作用，将污水中含氮化合物转化为氮气，从而实现对污水的净化。
硝化反应指的是在有氧环境条件下，硝化细菌将含氮化合物转化成为硝酸盐氮的过程，可以将该反应分为亚硝化、硝化两个反应阶段[1]。其中在亚硝化反应过程中，亚硝化细菌能够将含氮化合物转化变为亚硝酸盐氮，反应式为：
NH4＋＋3/2O2→NO2-＋H2O＋2H＋（亚硝化菌）………（1）
硝化反应阶段硝化细菌将亚硝化氮进一步转化为硝态氮，其反应式如下：
NO2-＋1/2O2→NO3-（硝化菌）……………（2）
反硝化反应指的是在缺氧、无氧的条件下，反硝化菌可以将上述反应过程中产生的亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成为N2。反硝化菌属于兼性需氧型微生物，其所需要的氧为硝态氮中的氧，大多数的反硝化菌以有机物为电子供体，属于异养微生物，其反应式如式（3），还有部分的硝化菌是属于自养微生物可以以H2和还原态S为电子供体，耗解自身的细胞进行反应，其反应式如式（4），（5）：
6N03-＋5CH3OH→3N2＋5CO2＋7H2O＋6OH-（异养反硝化菌）（3）
8/5NO3-＋4H2→4/5N2＋16/5H20＋8/5OH-………………（4）
6/5NO3-＋S＋2/5H2O→3/5N2＋SO42-＋4/5H＋（自养反硝化菌）（5）
在反硝化反应中氮的转化可以总结为：
①②③④
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2……………………（6）
其中①反应中起作用的为硝酸盐反应酶，②阶段起作用的为亚硝酸盐还原酶，③阶段中起作应的为氧化氮还原酶，④中起作用的为氧化亚氮还原酶。
目前，对生物脱氮的理论有了新的突破性认识，郑平及胡宝兰等人根据研究发现将硝化细菌与亚硝化细菌进行新的划分，因二者属性并不是之前认识的具有一致性，而是具有较大的差别，有研究者发现在硝化反应中，亚硝酸细菌是通过N2O4将氨直接氧化，其与氨反应形成羟胺并式样NO，打破了传统理论中认为亚硝酸细菌通过氧分子将氨进行氧化的观点，氧分子只是参与了NO到NO2的反应阶段，而不是参与直接氧化[2]。
在新理论的基础上，许多新型的生物脱氮工艺也逐渐发展起来，其中比较典型的有短程硝化反硝化工艺（SCND），同步硝化反硝化工艺（STND）、短程硝化厌氧氨氧化工艺（SA）。
本文主要介绍短程硝化反硝化工艺（SCND）。
2短程硝化反硝化工艺概述
短程硝化脱氮的作用机理基于新型生物脱氮理论，抛弃了传统理论中的全程硝化的观点。全程硝化指的是把氨全部氧化成硝酸盐，其主要目的是将氮素的耗氧能力全部消除，同时在最大程度上降低亚硝酸盐对生物体产生毒害作用；短程硝化脱氮将氨氧化为亚硝酸盐，抑制了硝酸菌的细菌活性，把下滑阶段控制在亚硝酸阶段，使整个生物脱氮过程缩减，其过程为：
NH4+→NO2-→N2……………………………（7）
结合式（6）与（7）可以比较出短程硝化反应的优点：减少耗氧量，降低能耗；减少有机碳的消耗，降低了成本；缩短了反应时间，减少了反应器容量，减少投资；硝化与反硝化可以在反应容器中同时进行反应，这样一来第一阶段产生的酸度可以和脱氮工艺第二阶段产生的碱度进行稀释中和，由此可以节约一笔调节酸碱度的费用。
3不同方式实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺的比较
目前实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺的方法主要有三种方式，都是基于短程硝化反硝化生物脱氮工艺的影响因素，分别是PH值、溶解氧、温度控制[3]。
3.1PH值控制
PH对于形成亚硝酸盐积累的影响主要表现在两个方面，其一，为亚硝酸菌本身的生长繁殖提供适合的PH值；其二，高PH的环境中，游离氨生成，抑制硝酸菌的活性，利于亚硝酸盐的累积。因此PH的控制具有重要的作用，有研究者发现硝酸菌生长的最适pH值为6.0-7.5，亚硝酸菌生长的最适pH值为7.0-8.5。
相关研究人员利用短程硝化反硝化工艺对工业废水进行处理，研究结果表明短程硝化反硝化A/0工艺对废水的净化具有比较理想的效果，通过对PH控制，废水中游离氨的浓度高低不同，对硝化菌和亚硝化菌产生了不同的影响，结果表明游离氨浓度高时对硝化菌的抑制作用强于亚硝化菌，硝化细菌具有更强的适应能力，通过高大文等人的实验表明了将反应器中的初始PH范围控制为7.8~8.7,温度控制在28±1℃，可以成功的实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺，曝气工艺结束后亚硝酸盐的积累率可以达到90%及以上[4]。
3.2温度控制
温度的控制对于短程硝化反硝化生物脱氮技术是一个关键因子所在。从生态角度出发，温度升高有利于加快亚硝化细菌的生长速率，进而筛选出亚硝化细菌，淘汰硝化细菌，并可有效控制活性污泥的泥龄。但这并不意味着温度越高越好，过高的温度不仅增加难度和成本，还有可能对形成稳定的短程硝化反硝化起到阻碍的作用。故其应该在一个合理的取值范围内。目前各界对最佳温度的取值范围并没有一个统一的说法。但业内人士从增长速率的角度考虑的话，普遍认为大于或等于25℃效果最佳。然而，由于水的比热较大(4.183kJ/(kg·K)，20℃)，对要处理的废水，特别是处理规模比较大的废水升温的话，无论是从经济上还是技术上，甚至从可操作性方面来说，都不是太可行。因此，研究人员可将研究重点及研究方向放在如何实现在常温或低温条件下，稳定高效地实现短程硝化反硝化。
3.3溶解氧浓度控制
研究表明，溶解氧浓度低时可以达到更大的亚硝酸盐积累，其原因是在较低的溶解氧浓度下硝酸盐氮的反应速率较快，林铁等人的研究发现溶解氧控制在2mg/L，可以成功实现短程硝化反硝化工艺，并且曝气时间较长，可以达到1小时，脱氮率可以达到50%~55%[5]。
4结语
本文对实现短程硝化反硝化生物脱氮工艺的PH值、溶解氧、温度控制的三种方式进行了比较分析，进而促进人们对短程硝化反硝化生物脱氮工艺进行更好的理解，在实际工艺中也有着非常重要的参考价值，可根据实际的情况选择最优的方案，实现最大的效益与最低的成本。
参考文献
[1]孙迎雪,徐栋,田媛,李燕飞.短程硝化-反硝化生物滤池脱氮机制研究[J].环境科学,2012,(10):3501-3506.
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[3]李娜,李国德,武士威,牟嘉,孙兵.短程硝化反硝化生物脱氮影响因素研究[J].山东化工,2015,(19):146-147.
[4]高大文，彭永臻，王淑莹.控制PH实现短程硝化反硝化生物脱氮技术[J].哈尔滨工业大学报,2015,37(12):1664-1666.
[5]刘子剑.短程硝化反硝化生物脱氮技术的影响因素及工程应用[J].吉林水利,2013,(05):41-45.