短程硝化反硝化

短程硝化反硝化由于在这些生物处理系统中，硝化及反硝化发生在相同的条件下或同一处理空间内，称该现象为同步硝化反硝化（simultaneousnitrificationanddinitrification,SND）。传统的硝化过程包括亚硝化阶段和硝化阶段,分别由亚硝化细菌和硝化细菌来完成,将NH4+依次转化为NO2-和NO3-。反硝化过程是通过反硝化细菌将NO2-或NO3-作为电子受体转化为N2。短程硝化反硝化就是通过分别培养驯化亚硝化细菌和反亚硝化聚磷菌,通过亚硝化细菌将NH4+在亚硝化作用下转化为NO2-,然后不经NO3-的生成过程直接由反亚硝化聚磷细菌将NO2-转化为N2的过程。优点：（1）将硝化和反硝化反应控制在同一个反应器中，可省去一个反应池或减少反应器容积，缩短反应时间；（2）硝化过程中消耗的碱度和反硝化过程中产生的碱度相互抵消，能有效保持反应器中的pH稳定。常规的生物脱氮过程中：硝化作用阶段进行曝气通常需要消耗大量的能量，反硝化作用阶段则需要有机碳源的额外加入。短程硝化反硝化之所以能够实现,主要是由于亚硝化过程和硝化过程是氨氮氧化过程中依次进行的过程,在硝化过程中通过控制适当的条件完全可以把两者分开。另外,从微生物学角度分析,亚硝化细菌和硝化细菌之间的关系并不密切,并无进化谱的关联性,运行过程中通过控制适宜的环境条件可以培养出亚硝化细菌。影响因素：温度影响：生物硝化反应适宜温度为20～35℃,一般低于15℃硝化速率降低,12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到更严重的抑制,出现HNO2积累。15～30℃范围内,硝化过程形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。温度超过30℃后又会出现HNO2积累。ｐＨ：随着硝化反应的进行,硝化过程产生的酸使水ｐＨ不断下降。亚硝酸菌要求的最适ｐＨ在7～8.5，硝酸菌为6～7.5。反应器中ｐＨ低于7则整个硝化反应会受到抑制。ｐＨ升高到8以上,则出水HNO2浓度升高,硝化产物中亚硝酸比率增加,出现HNO2积累。DO影响：DO浓度小于0.5mg/L，亚硝酸盐细菌数量增加数倍，而硝酸盐细菌的数量未增加，即产生亚硝酸盐积累。自由氨（FA）的影响：抑制硝化菌和亚硝化菌，硝化菌更敏感，当FA对硝酸细菌的抑制浓度为0.1－1mg/L，而对亚硝酸细菌的抑制浓度为10~150mg/L时。有害物质：硝化菌对环境较为敏感。废水中酚、氰及重金属离子等有害物质对硝化过程有明显抑制作用。相对于亚硝酸菌，硝酸菌对环境适应性慢，因而在接触有害物质的初期会受抑制，出现亚硝酸积累。泥龄：亚硝酸菌的世代较硝酸菌短，在悬浮处理系统中若泥龄介于硝酸菌和亚硝酸菌的最小停留时间之间时，系统中的硝酸菌会逐渐被“淘洗”掉，使亚硝酸菌成为系统中优势硝化菌，硝化产物以HNO2为主。SHARON工艺遵循短程反硝化原理，是基于NO2-的高效脱氨单反应器工艺的简称。在高温和极短的泥龄条件下将氨的氧化过程控制在亚硝化阶段（半硝化），然后利用缺氧条件进行反硝化。该工艺是高浓度含氨(5000ｍｇ/Ｌ)废水的理想处理工艺。在温度25℃(一般为30~40℃)的条件下可通过种群筛选产生大量的亚硝化菌，并使硝化过程稳定地控制在亚硝化阶段(以NO2-为硝化终产物)，可节省能耗及外加碳源(电子供体)。SHARON工艺的典型特征：1短程硝化－反硝化被安置在一个反应器内实施，工艺流程较短。2反应器内不持留活性污泥，装置结构简单。3操作温度较高，处理效果好。4借助于反硝化作用调控酸碱度，无需加碱中和。技术要点：温度控制：30－35℃；pH控制：pH大于7.4时，亚硝酸盐占产物比例高于90％，亚硝酸菌的生长速率远高于硝酸细菌。Sharon工艺的最适pH为7.4-8.3之间。溶解氧浓度控制：亚硝酸细菌对氧的亲和力和耗氧速率均高于硝酸细菌。当溶解氧大于2.5mg/L时，氨完全转化为硝酸盐，1－2mg/L时，约有一般的氨转化成亚硝酸盐；1.5mg/L时，氨氧化速率和亚硝酸盐积累量达到最大，小于1mg/L时，氨氧化速率下降。Sharon工艺溶解氧控制在1－1.5mg/L。供氧方式采用间歇曝气。基质浓度：全混合反应器，基质浓度瞬间由进水浓度降低至出水浓度。出水基质浓度决定基质转化率，所以为了保证一定的基质转化率，出水浓度不能设置得太低，这一特性决定该工艺适用于预处理而不是达标处理。NH3才是亚硝酸细菌的真正基质，影响NH3的浓度依次为pH＞温度＞总氨氮浓度，将NH3浓度调控在5－10mg/L，有利于实现短程硝化。（NH3对硝酸细菌的抑制效应大于亚硝酸细菌）负荷控制：常用的污泥氨负荷为0.02-1.67kg/(kg.d)泥龄控制：由于亚硝酸细菌的倍增时间短于硝酸细菌，在悬浮生长系统中，控制泥龄可逐渐洗出硝酸细菌而保留亚硝酸细菌，从而实现短程硝化。但在确保洗出硝酸细菌的前提下尽量延长水力停留时间。控制在1－2.5d。特点：1、传统硝化工艺一般用于处理城市污水，进水氨浓度为30－50mg/L,产物主要是硝酸盐，亚硝酸盐很少；Sharon工艺被用于厌氧消化污泥分离液，进水氨达1000mg/L以上，产物（高于90％）主要是亚硝酸盐，硝酸盐很少。2、传统硝化工艺一般采用常温操作，运行温度极少超过30℃，Sharon工艺运行温度控制在35℃。3、传统硝化工艺重视对菌体的持留，泥龄较长（5－10d）；Sharon工艺采用全混合反应器，泥龄较短（1－2.5d)。高氨浓度、高操作温度和短泥龄给硝化细菌施加了巨大的选择性，不但淘汰了不耐氨的菌群，也淘汰了生长较慢的菌群。