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摘要：随着近代生物学领域的扩展以及生物技术的更新，废水生物脱氮除磷技术也在不断进步。短程硝化反硝化生物脱氮除磷工艺因其经济有效性，越来越受到工程实践者的青睐。短程硝化反硝化是指将硝化过程控制在亚硝化阶段，随后在缺氧条件下进行反硝化的生物脱氮过程。短程硝化—反硝化脱氮除磷工艺的出现，有效地克服了传统生物脱氮除磷工艺的诸多缺点，是一种节能、高效、运行费用低的新型生物脱氮除磷工艺。
关键词：短程硝化；反硝化；脱氮除磷
1、引言
城市污水厂在处理污水时采取的传统生化处理工艺可以有效降低污水的BOD5和SS，但对污水中同时存在的N、P等只能去除10%～20%，导致N、P含量较高的尾水直接排入水体[1]。而N、P是导致水体富营养化的主要物质。因此，研究高效的脱氮除磷污水处理工艺并在实际工程中稳定应用是当前污水处理领域的研究重点和热点，也是当前污水处理工程的实际需求。
污水脱氮除磷的技术可分为物理法、化学法和生物法。与物理法、化学法相比，生物法具有适用范围广、投资及运行费用低、效果稳定、综合处理能力强等优点，已成为污水脱氮除磷的最佳选择。但是传统的生物脱氮除磷技术存在诸多弊端。例如氨氮完全硝化需消耗大量氧气，增加了能耗；碳氮比低的废水需要外加有机碳源；工艺流程长、占地面积大、基建投资高等。近年来，国内外学者针对传统生物脱氮除磷工艺实践中出现的一系列问题进行了大量的研究，提出了一些新的观点和方法，其中短程硝化—反硝化脱氮除磷工艺有效地克服了传统生物脱氮除磷技术存在的诸多弊端，为城市污水处理提供了一种全新的脱氮除磷途径[2]。
2、短程硝化——反硝化机理
生物脱氮包括硝化和反硝化两个反应过程，第一步是由亚硝化菌将NH4+-N氧化为NO2-N的亚硝化过程；第二步是由硝化菌将NO2-N氧化为O3-N的过程；然后通过反硝化作用将产生的NO3-N经由NO2-N转化为N2，NO2-N是硝化和反硝化过程的中间产物[3]。
短程硝化一反硝化是亚硝酸盐为电子受体，主要是利用硝酸菌和亚硝酸菌在动力学特性上存在的不同特性，控制硝化反应只进行到NO2-N阶段，使系统中大量的NO2-N不断累积，并且不进行硝化反应，而直接进行反硝化反应[4]。
传统生物脱氮过程示意图
短程硝化反硝化脱氮过程示意图
短程硝化反硝化是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，省去了传统生物脱氮中将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节。短程硝化反硝化较传统的全程硝化反硝化时间大大缩短，从理论上讲可节约25%的曝气量，反硝化阶段可以节约40%的碳源[5]。与传统生物脱氮除磷方式相比，短程硝化反硝化的硝化过程和反硝化过程均减少了污泥产出，硝化过程中可以减少产泥25%～34%，在反硝化过程中可以减少产泥约50%[6]。因此，短程硝化反硝化工艺不仅节省了传统工艺中反硝化所需的碳源，而且避免了反硝化菌和聚磷菌之间的竞争，完美解决了泥龄问题，缩短了反应器的体积，其供氧量只需要满足好氧硝化即可[7-8]。短程硝化反硝化对实际工程具有重要意义。
3、研究进展与工程应用
国内学者马勇[9]、于令芹等[10]通过应用A/O中试实验装置处理生活污水证明了控制较低的DO浓度可实现短程硝化过程；长期维持低DO状态可导致亚硝酸盐氧化菌的抑制或淘洗，从而获得了稳定的亚硝酸盐积累率。当溶解氧浓度为2.0mg/L时，A/O工艺通过短程硝化反硝化途径对COD和NH4+-N的平均去除率分别为62.57%和94%。将污泥水解产物用作反硝化碳源可大大加快反硝化反应的进行。胡岚等[11]以生物活性碳A/O工艺成功实现了利用短程硝化反硝化处理城市生活污水，对HRT、曝气量及A/O体积比、回流比进行了讨论，证明了曝气量的大小对短程硝化的影响较大。实验中选用的曝气量为0.3L/min，既能保证NH4+-N的去除，又能使NO2--N积累率达到75%以上。而林良琨[12]的实验结果表明，通过控制DO、污泥停留时间和pH值，可以成功实现短程同步硝化反硝化脱氮工艺的稳定运行。在稳定运行期间，控制进水NH4+-N浓度为21.60~30.55mg/L，TN浓度为3.51~34.74mg/L，COD浓度为108.04~271.35mg/L，得到A/O同步脱氮除磷工艺各影响因素最佳的控制范围是：温度为15℃~25℃；pH值为7~7.5；DO为0.5~1.0mg/L；污泥停留时间为10~15d。宫曼丽[13]采用500L的SBR中试装置处理消化污泥脱水上清液，经过18个月的稳定运行表明：通过短程硝化反硝化途径可以实现90%的脱氮率，出水NH4+-N、NOx－-N和TSS分别为（25~80）、＜5、（20~100）mg/L。薛通[14]在30~35℃、不调节pH值（7.01~8.33）的条件下，通过人为添加氨氮控制游离氨浓度（25mg.L.1），在SBR中6d内成功启动了短程硝化反硝化。实验结果表明，短程硝化反硝化在处理低C/N比城市污水时的总氮脱除效果要优于传统的全程硝化反硝化。
1992年Takahiro[15]利用SBR反应器进行试验研究，在缺氧和厌氧交替的条件下筛选出了以NO3--N为电子受体的反硝化聚磷菌。邹华[16]通过模拟废水和A/O工艺中的污泥进行试验研究，发现NO3--N的确可以作为反硝化聚磷菌电子受体，只是其吸磷效率比以氧气为电子受体时下降了24%左右。李勇智[17]利用厌氧/缺氧SBR反应器研究反硝化聚磷菌，发现运行稳定后反应结束时出水中磷的浓度小于1mg/L，去除率大于89%。杨庆娟[18]采用A2N工艺处理小区生活污水，通过适当的条件控制培养出反硝化聚磷菌，COD、TN和TP去除率分别可达90.3%、90%和99.6%，获得了较好的脱氮除磷效果。
4、结束语
以亚硝酸盐为电子受体的短程硝化反硝化脱氮工艺比传统的脱氮除磷工艺有其独特优势的一面，这种工艺有着良好的发展前景。通过对其原理以及影响因素的研究，可以更为深入的了解到以亚硝酸盐为电子受体的短程硝化反硝化脱氮工艺的机理，进而在实际工程中应用并稳定运行，以解决当前城市污水中氮、磷处理效率较低的问题。但目前还存在以下问题有待于进一步解决：（1）现阶段，反硝化聚磷菌的研究还处于初级阶段，还需进一步深入研究；（2）该工艺连续运行后，会受到水质等各种影响因素的干扰，容易出现运行不稳定的现象，因此还需要研究确定该工艺稳定运行的最佳控制参数。
参考文献
[1]王英，陈泽军.生物脱氮除磷工艺的研究进展[J].环境污染与防治，2000，24（3）：180~183．
[2]赵娜.短程硝化—反硝化聚磷菌脱氮除磷技术的研究与应用进展[J].辽宁化工，2017，46（1）：99~102．
[3]周康群，刘晖，孙彦富等.反硝化聚磷菌的富集及富集污泥活性研究[J].环境科学与技术，2008，31（4）：110~115．
[4]李帅，徐金有，林仙键等.短程硝化反硝化影响因素研究进展[J].广州化工，2014，42（24）：24~26.