由于工業(yè)化進程的加速，氮、磷的污染問題日益尖銳化。越來越多的國家地區(qū)制定了更為嚴格的污水氮、磷的排放標準。尤其是氮的考核內(nèi)容也從單一的氨氮指標發(fā)展到總氮(氨態(tài)氮、硝態(tài)氦和有機氮的總和)的考核指標。由于近年來一些新理論的提出，如使污水脫氮實現(xiàn)短程硝化反硝化。這樣不僅可以提高細菌的增長速度、縮短反應進程，從而減少反應容積;而且同時減少了硝化的曝氣量和反硝化有機物的投加量，減少了運行費用。所以短程硝化成為了近年來的研究熱點。

一、短程硝化機理

廢水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個過程完成，而硝化過程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨立催化完成。第一階段是在AOB的作用下，將氨氮NH4+―N氧化為亞硝態(tài)氮NO2――N;而第二階段是在NOB的作用下，將亞硝態(tài)氮NO2――N氧化為硝態(tài)氮NO3――N。由于硝化反應是由兩類生理特性完全不同的細菌獨立催化完成的不同反應，所以需要通過適當控制條件，可以將硝化反應控制在NO2――N階段，阻止NO2――N的進一步氧化，隨后直接進行反硝化，這就是短程硝化反硝化的作用機理。

二、短程硝化的優(yōu)點

1、由于硝化和反硝化速率加快，所以縮短了反應時間。

2、由于氨氧化菌(AOB)的周期比亞硝酸鹽氧化菌(NOB)短，所以污泥齡短，提高反應器微生物濃度。

3、硝化反應器容積可減少8%，反硝化反應器容積可減少33%，可節(jié)省了建筑費用。

4、硝化過程節(jié)省約25%供氧量，反硝化過程節(jié)省約40%外加碳源(以甲醇計)，所以節(jié)省了運行費用。

5、硝化過程減少產(chǎn)泥24%一33%，反硝化過程減少產(chǎn)泥50%，明顯降低了污泥排放量，進而減少污泥處理處置費用。

三、短程硝化過程中的影響因子

生物脫氮的硝化過程是由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)，氨氧化細菌和硝化細菌均可進行。但在12～14℃時，此時的溫度會嚴重抑制活性污泥中硝化菌的活性，出現(xiàn)NHO2―的積累;15～30℃時，硝化過程形成的NO2―完全被氧化成NO3―;當溫度超過30℃后又出現(xiàn)NO2―的積累。細菌在高溫和低溫均可較好地實現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。

實驗表明，低溫也可實現(xiàn)短程硝化。在低溫時，亞硝酸鹽氧化菌利用氨氮的能力大于硝化細菌利用NO2-N的能力，從而造成NO2―的累積。所以，短程硝化反應器需要在較高溫度的季節(jié)啟動，緩慢降溫，使AOB漸漸適應低溫環(huán)境，保證氨氧化效果;在適宜的條件下實現(xiàn)短程硝化，同時通過實時控制使其穩(wěn)定并優(yōu)化污泥種群結(jié)構(gòu)，進而在低溫條件下維持短程硝化。要解決實際應用低溫的問題，還需要尋找出適應北方低溫的氨氧化細菌的菌株來。

2、DO濃度

對DO的控制實現(xiàn)短程硝化是將該技術(shù)應用于實際的一種較為理想的方法。它比較適合作為未來實際工程的控制參數(shù)，因為控制好曝氣量、曝氣頻率以及曝氣方式，就可較好地實現(xiàn)短程硝化。

在生物膜反應器中，當DO的濃度控制在0.5mg/L以下時，就可以使出水中亞硝酸氮占總硝態(tài)氮的90%以上。

使用間歇曝氣，階段曝氣等方法，來改變曝氣方式以及曝氣頻率也可實現(xiàn)短程硝化。這些方法的共同點是使反應器內(nèi)的DO值按一定規(guī)律周期性地升高降低，指示在一段時間內(nèi)反應器處于厭氧狀態(tài)。

DO濃度是AOB和NOB生長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。可見AOB對氧的親合力較NOB強，在低DO濃度下NOB的活性會顯著減弱，使AOB生長速率大于NOB;雖然低DO濃度會使微生物代謝活動減弱，但硝化過程的氨氧化作用未受到明顯影響，從而實現(xiàn)NO2――N的大量積累。

3、FA及FNA的影響

實驗表明，F(xiàn)A對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濃度達到6 mg/L 時可完全抑制NOB的生長;FNA完全抑制NOB和AOB生長的濃度分別為0.02 mg/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FA的抑制具有適應性，若反應器長期運行短程硝化會被破壞。有相關(guān)研究者提出利用FA與FNA聯(lián)合控制實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化過程，即在反應器啟動初期利用廢水中較高的FA濃度使NOB受到抑制之后，由于NO2――N大量積累，較低的pH值會導致較高的FNA濃度，從而可利用反應器前期較高濃度的FA和后期較高濃度的FNA共同維持短程硝化過程。

4、PH值

由于硝酸菌和亞硝酸菌適宜生長的pH值范圍不同，所以可以利用控制PH值的方法實現(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，實現(xiàn)亞硝酸的累積。

PH雖然是實際中較容易控制的，但它也存在一定的缺點。它的缺點是需要PH的實時監(jiān)控，和相配套的藥劑自動投加設(shè)備及攪拌設(shè)備，并且藥劑費用也增添了反應器運行費用，這些在一定程度上抵消了短程硝化本身的優(yōu)勢。

5、SRT

通過SRT的控制是無法實現(xiàn)亞硝酸的積累的，SRT卻是反應器短程硝化穩(wěn)定運行的重要控制參數(shù)。泥齡控制偏低會導致硝酸菌和亞硝酸菌的流失，導致反應器處理能力的降低;泥齡過高會提高硝酸菌的數(shù)量，在低負荷下，反應器容易向全程硝化轉(zhuǎn)化。選擇適宜的SRT值是穩(wěn)定實現(xiàn)短程硝化的關(guān)鍵參數(shù)。

6、抑制劑

對硝化反應有抑制作用的物質(zhì)有：過高質(zhì)量濃度的游離氨、重金屬、有毒有害物質(zhì)以及有機物。重金屬會對硝化反應產(chǎn)生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由強到弱;當pH由高到低時，毒性由弱到強.鋅、銅和鉛等重金屬對硝化反應的兩個階段都有抑制，但抑制程度不同。某些有機物如苯胺、鄰甲酚和苯酚等對硝化細菌具有毒害或抑制作用，因為催化硝化反應的酶內(nèi)含Cu I一Cu II電子對，凡是與酶中的蛋白質(zhì)競爭Cu或直接嵌入酶結(jié)構(gòu)的有機物，均會對硝化細菌發(fā)生抑制作用。這些有機物對硝化菌的抑制作用要比亞硝化菌強，所以會在對含這類物質(zhì)的污水生物脫氮中產(chǎn)生亞硝酸鹽積累現(xiàn)象。