短程硝化反硝化工艺
短程硝化反硝化技术研究进展
短程硝化反硝化技术研究进展短程硝化反硝化技术是一种能够高效去除废水中氨氮的技术，近年来在废水处理领域受到了广泛关注。
本文将对短程硝化反硝化技术的定义、原理、应用以及研究进展进行综述，并分析其存在的问题和未来发展方向。
一、短程硝化反硝化技术的定义与原理短程硝化反硝化技术是一种利用微生物将废水中的氨氮转化为硝酸盐，然后经过反硝化作用将硝酸盐还原为氮气的过程。
这一过程通常发生在同一容器或同一系统中，通过提高氨氮转化效率和减少氮素排放量来实现废水的高效处理。
短程硝化反硝化技术的原理主要基于厌氧颗粒污泥技术。
在一个薄膜生物反应器中，通过在厌氧区内添加适量的反硝化菌，并在硝化区内供氧，实现了氨氮的转化和去除。
在硝化区，氨氮被氧化为亚硝酸盐，然后通过膜壁进入反硝化区进行反硝化过程。
通过这种方式，可以在相对较短的距离内完成硝化和反硝化过程，提高氨氮的去除效率。
二、短程硝化反硝化技术的应用1. 市政废水处理：短程硝化反硝化技术可用于大型污水处理厂的废水处理过程中。
通过优化系统操作条件和生物反应器设计，可以高效去除废水中的氨氮，并减少对环境的负面影响。
2. 工业废水处理：短程硝化反硝化技术也可以应用于工业废水处理。
例如，在农业养殖行业中，废水中的氨氮是一种主要的污染物，使用短程硝化反硝化技术可以有效降低氨氮排放量，减少水体的污染。
三、短程硝化反硝化技术研究进展1. 进一步提高氨氮去除率：目前，研究人员正致力于优化短程硝化反硝化技术，进一步提高氨氮去除率。
一种方法是改进厌氧区内菌群的结构和功能，提高其对氨氮的吸附和转化能力。
另一种方法是优化氧化区内的条件，提高硝化菌对氨氮的氧化效率。
2. 深入研究硝化反硝化菌的特性：硝化反硝化菌是短程硝化反硝化技术中的关键微生物。
深入研究这些菌的特性和代谢途径，对于提高技术的应用效果和改进反应器性能具有重要意义。
一些研究表明，通过工程菌群，可提高菌群的氨氮转化效率。
3. 探索新型反应器设计和操作策略：新型反应器设计和操作策略是进一步发展短程硝化反硝化技术的关键。
短程硝化反硝化与同步硝化反硝化
短程硝化反硝化与同步硝化反硝化短程硝化反硝化与同步硝化反硝化1. 简介短程硝化反硝化和同步硝化反硝化是两种常见的废水处理方法，它们在去除氨氮和硝酸盐方面具有独特的优势。
本文将详细介绍这两种技术的原理、应用领域，并对其效果和限制进行评估。
2. 短程硝化反硝化2.1 硝化反硝化原理短程硝化反硝化是一种将硝化和反硝化两个过程耦合起来，实现废水中氨氮的高效去除的技术。
在短程硝化反硝化过程中，废水中的氨氮首先经过硝化作用被氧化为硝态氮，然后立即发生反硝化作用将硝态氮还原为氮气排出。
2.2 应用领域短程硝化反硝化广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理厂等领域。
它在处理高浓度氨氮废水以及有限操作空间的情况下具有明显的优势。
由于其反应迅速、体积小、投资少的特点，使得短程硝化反硝化成为一种非常经济有效的废水处理方法。
2.3 效果和限制短程硝化反硝化的主要优势在于处理效果显著，能够快速去除废水中的氨氮，达到废水排放标准。
然而，由于该技术对废水中的氨氮浓度要求较高，处理低浓度氨氮废水时效果不明显。
短程硝化反硝化还对温度和pH值等环境因素较为敏感。
3. 同步硝化反硝化3.1 硝化反硝化原理同步硝化反硝化是指在同一处理单元中同时进行硝化和反硝化过程的一种废水处理技术。
该技术通过优化废水处理工艺，加强好氧和厌氧条件下微生物的协同作用，实现氨氮和硝态氮的同时去除。
3.2 应用领域同步硝化反硝化广泛应用于生活污水处理、工业废水处理以及农业废水处理等领域。
由于同步硝化反硝化能够同时去除氨氮和硝态氮，使得废水处理过程更加高效，减少了处理单元的占地面积，降低了处理成本，因而受到了广泛的关注和应用。
3.3 效果和限制同步硝化反硝化的主要优势在于处理效果稳定，同时可以实现氨氮和硝态氮的全面去除。
然而，该技术对微生物的选择性较高，因此在操作和维护时需要严格控制环境因素，以确保微生物的正常生长和活性。
同步硝化反硝化对废水中COD和其他有机物的降解效果较差，需要配合其他技术进行。
短程硝化反硝化生物脱氮技术概述短程硝化反硝化脱氮工艺
短程硝化反硝化生物脱氮技术概述短程硝化反硝化脱氮工艺随着水体受到氮素污染越来越严重，废水脱氮日益受到人们的重视。
其中生物脱氮技术将有机氮和氨氮通过硝化反硝化过程去除具有无可比拟的发展前景。
其中传统的生物脱氮技术认为要完全去除水中的氨态氮就必须要经过完整的硝化与反硝化过程，即以硝酸盐作为硝化的终点和反硝化的起点，这主要是基于要防止对环境危害较大的亚硝酸盐的积累以及对好氧硝化菌和兼性厌氧反硝化菌不能在同一个反应器里同时大量存在的认识导致的。
而现在的大量研究表明，好氧硝化菌和兼性厌氧反硝化菌是可以在同一个反应器里共同起作用的。
因为在整体和每一单元填料表面所附着的生物膜上都存在基质和溶解氧的浓度梯度分布，这就为各种生态类型的微生物在生物膜内不同部位占据优势生态位提供了条件。
由于短程硝化反硝化脱氮比传统的脱氮技术具有很多的优点，因此引起了国内外研究者的广泛关注，对影响短程硝化反硝化的因素以及实现和维持短程硝化反硝化的工艺控制进行了大量的研究。
1.传统硝化反硝化脱氮机理1.1 硝化反应硝化反应是由一类自养耗氧微生物完成的，包括两个步骤：第一步为亚硝化过程，是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐；第二步为硝化过程，由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。
亚硝酸菌和硝酸菌的特性大致相似，但前者的世代期较短，生长率较快，因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件，当硝酸菌受到抑制时，有可能出现NO2-积累的情况。
1.2反硝化反应反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化学过程，它的主要过程是在缺氧的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮。
反硝化细菌多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。
在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3-作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物则作为碳源和电子供体提供能量，并得到氧化稳定。
SMSBR处理焦化废水中的短程硝化反硝化
SMSBR处理焦化废水中的短程硝化反硝化关键词:短程硝化—反硝化(Shortcut nitrification and denitrification)是指将硝化控制在形成亚硝酸盐阶段，然后进行亚硝酸盐的反硝化。
该脱氮工艺可节省供氧量约25%；可节省反硝化所需碳源的40%，在C/N值一定的情况下可提高TN的去除率；可减少50%的污泥生成量，也减少了投碱量；缩短了反应时间，相应地减少了反应器容积。
SMSBR处理焦化废水中的短程硝化反硝化短程硝化—反硝化(Shortcut nitrification and denitrification)是指将硝化控制在形成亚硝酸盐阶段，然后进行亚硝酸盐的反硝化。
该脱氮工艺可节省供氧量约25%；可节省反硝化所需碳源的40%，在C/N值一定的情况下可提高TN的去除率；可减少50%的污泥生成量，也减少了投碱量；缩短了反应时间，相应地减少了反应器容积。
短程硝化的标志是获得稳定高效的HNO2的积累，即亚硝酸化率(NO2-N/NOX-N)＞50%。
荷兰Delft技术大学开发的SHARON工艺，利用在较高温度(30～35 ℃)下硝酸盐细菌的生长速率明显低于亚硝酸盐细菌的特点，在完全混合反应器中通过控制温度和停留时间，将硝化菌从反应器中洗脱，使反应器中亚硝化细菌占绝对优势，从而使氨氧化控制在亚硝酸盐阶段［1］。
目前膜生物反应器(MBR)脱氮工艺形式多是建立在传统硝化—反硝化机理之上的两级或单级脱氮工艺，短程硝化反硝化现象在MBR工艺中体现得较少，Wouter Ghyoot［2］和W.J.Ng［3］在各自的MBR研究中都发现有一定程度的NO2-N积累(出水NO2-N/NOX-N＞50%)的现象，并对此进行了解释，但不够理想。
笔者在采用SMSBR处理焦化废水的研究中获得了高效稳定的短程硝化作用［4］，现对其作用过程及形成原因作一探讨。
1试验内容和方法试验装置和试验设计详见参考文献［4］，试验过程中硝化效果受温度的影响很大，如表1所示。
低溶氧短程硝化、反硝化的应用浅析
低溶氧短程硝化、反硝化的应用浅析传统的生物脱氮技术认为要完全去除水中的氨态氮就必须要经过完整的硝化与反硝化过程。
而大量研究表明，好氧硝化菌和兼性厌氧反硝化菌是可以在同一个反应器里共同起作用的。
因为在整体和每一单元填料表面所附着的生物膜上都存在基质和溶解氧的浓度梯度分布，这就为各种生态类型的微生物在生物膜内不同部位占据优势生态位提供了条件。
而且短程硝化反硝化脱氮比传统的脱氮技术具有更多的优点。
1传统硝化反硝化脱氮机理1.1 硝化反应包括两个步骤：第一步为亚硝化过程，是将NH4+氧化成NO2-；第二步为硝化过程，由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为NO3-，亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，都利用无机碳化合物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。
当硝酸菌受到抑制的时候，将会出现NO2-的积累。
很显然，在传统的硝化-反硝化脱氮过程中，在反硝化菌的作用下，反硝化过程既可从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。
但由NO2-转化为NO3-，然后由NO3-再转化为NO2-的重复转化过程中，要消耗更多的溶解氧和有机碳源。
1.2反硝化反应主要过程是在缺氧的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮。
反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。
异化作用就是将NO2-和NO3-还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。
而同化作用是反硝化菌将NO2-和NO3-还原成为NH3-N，供新细胞合成使用。
2短程硝化反硝化机理短程硝化反硝化生物脱氮也可称为亚硝酸型生物脱氮，它是通过控制特殊的环境条件抑制硝酸菌的生长，使系统中的亚硝酸菌成为优势菌种，形成NO2-的积累，阻止亚硝酸的进一步硝化，然后直接进行反硝化，形成NH4+→N O2-→N2的脱氮过程。
其中反硝化菌直接以NO2--N为最终受氢体进行反硝化脱氮的过程。
3短程硝化反硝化过程实现的控制因素3.1 温度生物硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响也不同。
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化同步硝化反硝化和短程硝化反硝化1. 引言：硝化和反硝化是自然界中氮循环过程中的两个关键环节。
硝化指的是将氨氧化为硝酸盐的过程，反硝化则是将硝酸盐还原为氮气（N2）的过程。
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化是两种在水体和土壤中发生的硝化反硝化现象。
本文将对这两种现象进行深入讨论，以更好地理解它们在环境中的重要性。
2. 同步硝化反硝化的概念及机理：2.1 同步硝化反硝化是指硝化和反硝化同时在同一生境中进行的现象。
在某些特定的环境条件下，硝化细菌和反硝化细菌能够共存并相互作用，形成稳定的氮循环。
这种现象通常发生在富含有机质和氮的水体和土壤中。
2.2 同步硝化反硝化的机理包括以下几个步骤：2.2.1 硝化：硝化细菌通过氧化氨氮（NH4+）生成亚硝酸盐（NO2-），再经过氧化反应生成硝酸盐（NO3-）。
2.2.2 反硝化：反硝化细菌利用硝酸盐中的氧气进行呼吸作用，将硝酸盐还原为氮气和一氧化氮（N2O）。
3. 短程硝化反硝化的概念及机理：3.1 短程硝化反硝化是指硝化和反硝化在同一小尺度范围内交替进行的现象。
它通常发生在微生物周围，如土壤微生物团聚体、根际等环境中。
3.2 短程硝化反硝化的机理包括以下几个步骤：3.2.1 硝化：土壤中的硝化细菌通过氧化氨氮（NH4+）生成亚硝酸盐（NO2-），然后亚硝酸盐被反硝化细菌进一步氧化为硝酸盐（NO3-）。
3.2.2 反硝化：硝酸盐中的氮气被反硝化细菌还原为氮气（N2）。
4. 同步硝化反硝化和短程硝化反硝化的重要性：4.1 氮素循环：同步硝化反硝化和短程硝化反硝化都是氮素循环的重要环节。
它们促进了氨氮和硝酸盐在水体和土壤中的转化，并维持了生态系统中氮的平衡。
4.2 环境污染控制：同步硝化反硝化和短程硝化反硝化能够降低水体和土壤中的硝酸盐含量。
硝酸盐过量会导致水体富营养化和土壤酸化，而同步硝化反硝化和短程硝化反硝化可以有效地将硝酸盐还原为无害的氮气和一氧化氮。
短程硝化反硝化工艺的运行条件
短程硝化反硝化工艺的运行条件李星星一、短程硝化反硝化的脱氮机理及优势短程硝化反硝化生物脱氮工艺( Short Cut Nitrificat ion and Denitrification--SCND) 可称为亚硝酸型生物脱氮，它是通过控制特殊的环境条件抑制硝酸菌的生长，使系统中的亚硝酸菌成为优势菌种，从而将废水中NH4+-N的氧化控制在NO2－阶段，形成NO2－的积累，然后反硝化菌直接以NO2－-N为最终氢受体进行反硝化脱氮，及经过NH4＋→NO2－→N2的途径完成。
短程硝化反硝化由于节省了氧化NO2－-N 为NO3－-N的步骤，所以提高了硝化反应速率，缩短硝化反应时间，减小反应池容积，节省基建投资。
可以节省25%的供氧量，40%左右的有机碳源，并且在硝化过程减少产泥24%～33%，反硝化过程中减少产泥50%。
二、短程硝化反硝化运行参数研究1、温度；生物硝化反应在4℃~45℃内均可进行，适宜温度为20℃~35℃，一般低于15℃硝化菌受到严重抑制，速率降低。
15℃~ 25℃下活性污泥中亚硝酸菌活性较硝酸菌差，不会发生亚硝酸盐的积累。
温度超过25℃时会发生亚硝酸盐的积累，且当温度超过30℃后可获得更高的亚硝酸盐积累。
升高温度不仅能加快亚硝酸菌的生长速率，还能扩大亚硝酸菌和硝酸菌在生长速率上的距离。
高温条件下，硝化菌的生长速度明显低于亚硝化菌，有利于实现短程硝化；但是大多数城市污水都属于低温低氨水，如果将大量的水升温、保温在30～35℃会增加污水处理成本。
故短程硝化反硝化主要用来处理城市污水二级处理系统中污泥消化上清液和垃圾渗滤液等高温高氨废水，利用高温（30℃～35℃）下亚硝化菌的增殖速率高于硝酸菌的生理特征，通过控制HRT大于亚硝酸细菌的世代时间并且小于硝酸菌的世代时间，淘汰硝酸菌，富集亚硝酸菌，从而稳定地实现短程硝化反硝化生物脱氮。
2、PH值；当pH 值较低时，水中较多的是氨离子和亚硝酸，有利于硝化过程，因此无亚硝酸盐的积累。
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
以
为横坐标，以
为纵坐标，对式（6）进行线性拟合，
结果如图3-3所示，直线的截距为 ，斜率为
。
据图求得：
Vmax=0.00066 mgNO2--N/(mgVSS·h)
KSSN+SSN+KNKS=66.157
图3-3 短程反硝化动力学模型参数分析
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
2、运行情况及动力学分析 （2）短程反硝化过程动力学参数的计算
反硝化过程受双重基质的限制，在短程反硝化过程中，基质降 解受NO2-浓度和有机物浓度的限制，假设反硝化过程符合Monod方 程，因此用双重Monod模型方程来描述:
（4）
带入缺氧区物料平衡方程
得 取倒数
（5） （6）
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
2、运行情况及动力学分析
（2）短程反硝化过程动力学参数的计算
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
2、反硝化过程模型构建及参数测定
• 亚硝酸盐降解总方程 • 反硝化平衡方程
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
2、反硝化过程模型构建及参数测定
• 亚硝盐降解方程 • 整理得
不同工艺的短程硝化反硝化过程研究
2、反硝化过程模型构建及参数测定
• 第一步：控制KNO<< SNO; KS<< S » SNO/(KNO+ SNO)≈1; S/ (KS+ S)≈1 » (-1)/XH · dSNO/dt= qN 可确定qN
（0）
式中： YH,N —反硝化菌产率系数； u —反硝化菌最大比增殖速率，h-1； KN —亚硝酸盐氮的半饱和常数，mg·L-1； SN—BAF 反硝化过程中不同时刻亚硝酸盐氮浓度，mg·L-1； S—投加碳源浓度（COD），mg·L-1； KS—有机物的半饱和常数，mg ·L-1； X—BAF 反应器的当量生物膜的量，mg·L-1；
短程硝化反硝化工艺简析
６ ７ ７８ ０ ｔ０ Ｏ
露ｌ系统 大金 美的 ４４ ７ ２ ４４ ８ ０ ８８ ５ ３
８ ５ ８３０ １０ ３
风冷热泵 地源热泵（ 室外水环 路水泵功率忽略不计） ５ ６ ４ ７ ５ ４ ３ ５ １ ｏ １ ７ ３
， ３ 自养型的亚硝酸细 （ ｔｔ ｘｄｔ ｎＢ ｃｅｉ， ０Ｂ 将亚硝态氮氧化为硝态氮。控制 性 白养型亚硝化工艺ｌｌ在限制供氧的条件下 ， Ｎｉｉ Ｏ ｉ ｉ ａｔｒ Ｎ ） ｒｅ ａｏ ａ
把部分氨氧化成亚硝酸盐， ， 然后 再以氨作为 硝化反应条件 ， 使硝化反应 只进行到亚硝 态氮阶段并实现稳定 的 菌将以氧为电子受体，
可 以收 回的。
表 ３ 总成 本 比 较
系统方式 费用 初期投资 ／ 元
１ 年运行成本／ Ｏ 元 总计 ／ 元
对 比／ ％
Ⅵ｛ ｖ系统 大金 美的 ８ ８ ６３０
８ ５ ８３０
１３ ０
风冷热泵 地源热泵（ 室外水环 路水泵功率忽略不计） ７ ０ ９７ ０
中图分类号 ： ７ ３ Ｘ ０ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ Ｂ的 ＨＲ Ｔ之 间， 而使 Ａ Ｂ得到积 累而 Ｎ Ｂ被 从 Ｏ Ｏ 短程硝化反硝化工艺 是 目前 国 内外 生物脱 氮技术研 究应用 介 于 Ａ Ｂ和 ＮＯ 的热点 。在生物 脱氮 硝化过 程 中， 氨氧 化细 菌 （ ｍｍ ｎａＯｘ ａ Ａ ｏ ｉ ｉ — 自然淘汰 ， ｄ 从而维持稳定的 Ｎ ２一 Ｏ－Ｎ积累 ， 然后进行 反硝化 。 ｔ ｎ ａｔ ｉ， Ｏ ） 氨 氮 氧化 为亚 硝 态氮 ， 硝酸 盐氧 化 细菌 ｉ Ｂ ｃｅ ａＡ Ｂ 将 ｏ ｒ 亚 ＯＬ Ｄ工艺是 １９ ＡＮ ９８年 由比利时 Ｇ ｎ 大学开发 的一种 限制 ｅｔ
短程硝化-反硝化
长期以来无论是在废水生物脱氮理论上还是在工程实践中，都一直认为要实现废水生物脱氮就必须使+4NH 经历典型的硝化和反硝化过程才能安全地被除去，这条途径也可称之为全程(或完全) 硝化—反硝化生物脱氮。
实际上从氮的微生物转化过程来看，氨被氧化成硝酸是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应,应该可以分开。
对于反硝化菌,无论是-2NO 还是-3NO 均可以作为最终受氢体，因而整个生物脱氮过程也可以经+4NH →2HNO →2N 这样的途径完成。
早在1975年V oet 就发现在硝化过程中2HNO 积累的现象并首次提出了短程硝化—反硝化生物脱氮( Shortcut nitrification —denitrification ，也可称为不完全或称简捷硝化—反硝化生物脱氮)，随后国内外许多学者对此进行了试验研究。
这种方法就是将硝化过程控制在2HNO 阶段而终止，随后进行反硝化。
已有研究大多基于小型反应器内的间歇悬浮生长工艺[1]，对氮的去除率偏低[2]，对接触氧化系统中进行常温下短程脱氮工艺的研究较少。
短程生物脱氮具有以下特点[3、4]：①对于活性污泥法，可节省氧供应量约25 %，降低能耗；②节省反硝化所需碳源40 %，在C/ N 比一定的情况下提高TN 去除率；③减少污泥生成量可达50%；④减少投碱量；⑤缩短反应时间，相应反应器容积减少。
因此这一方法重新受到了人们的关注。
短程硝化的标志是稳定且较高的2HNO 积累即亚硝酸化率较高[N NO --2/ (N NO --2+N NO --3)至少大于50%以上]。
在不对氨态氮氧化产生较大影响的前提下，抑制亚硝酸盐的氧化过程，获得稳定的亚硝酸盐积累，是成功实现短程硝化反硝化工艺的关键。
影响亚硝酸积累的因素主要有温度、pH 、氨浓度、氮负荷、DO 、有害物质及泥龄。
① 温度。
生物硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响也不同。
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化随着人类对环境保护意识的提高，对水体生态系统的关注愈发增加。
其中，氮循环作为生态环境中的重要一环，也备受关注。
在氮循环中，“同步硝化反硝化”和“短程硝化反硝化”是两个重要的过程，对于水体的氮素转化和利用具有重要的作用。
以下将从深度和广度的角度进行全面评估，以便更好地了解这两个过程。
1. 同步硝化反硝化的概念同步硝化反硝化是指在同一微生物体内，氨氮直接转化为硝酸盐，然后直接再被还原为氮气的过程。
这一过程通常由单一微生物完成，也被称为全硝化或类全硝化反应。
在自然界中，同步硝化反硝化主要由厌氧异养细菌完成，这些细菌具有很强的氨氧化和硝化能力，能够将氨氮快速氧化为亚硝酸盐，然后在厌氧条件下迅速还原为氮气，从而将氨氮转化为无害的氮气释放到大气中。
2. 短程硝化反硝化的概念短程硝化反硝化指的是在很短的时间和空间内，氨氮被氧化为硝酸盐然后迅速还原为氮气的过程。
这一过程通常发生在水体底泥或水体微缝隙中，因此被称为短程硝化反硝化。
在水体中，短程硝化反硝化通常由微生物和底泥中的细菌完成，底泥中的微生物可以迅速氧化水体中的氨氮为硝酸盐，然后水体中的细菌则可以迅速还原硝酸盐为氮气，从而在水体中形成短程硝化反硝化过程。
3. 两者的联系和区别同步硝化反硝化和短程硝化反硝化虽然是两种不同的氮素转化过程，但它们之间也存在着联系和区别。
联系在于，两者都是对氨氮进行氧化和还原的过程，最终都将氨氮转化为无害的氮气释放到大气中。
而区别在于，同步硝化反硝化主要发生在水体中的微生物体内，而短程硝化反硝化则主要发生在水体底泥和微缝隙中，两者的位置和速率都存在较大差异。
在我们对同步硝化反硝化和短程硝化反硝化进行全面评估之后，可以发现两者在氮素转化和利用过程中都起着非常重要的作用，对于维护水体生态系统的健康具有重要意义。
总结回顾：通过全面的评估和深入的探讨，我们对同步硝化反硝化和短程硝化反硝化有了更深入的理解。
也了解到两者在水体氮素转化中的重要性和作用。
短程硝化反硝化工艺
短程硝化反硝化工艺(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--短程硝化反硝化工艺简析广东石油化工学院化工与环境工程学院环境08-1 冼真文摘要 :指出短程硝化反硝化工艺是目前国内外生物脱氮技术研究应用的热点 ,通过介绍短程硝化反硝化工艺原理 ,分析了不同工艺稳定亚硝态氮积累实现短程硝化的工艺控制措施 ,对短程硝化反硝化工艺今后的研究和应用进行了展望。
关键词 :短程硝化反硝化；氨氧化细菌；硝化；反硝化短程硝化反硝化工艺是目前国内外生物脱氮技术研究应用的热点。
在生物脱氮硝化过程中,氨氧化细菌将氨氮氧化为亚硝态氮,亚硝酸盐氧化细菌将亚硝态氮氧化为硝态氮。
控制硝化反应条件 ,使硝化反应只进行到亚硝态氮阶段并实现稳定的亚硝态氮积累,是各种短程硝化反硝化工艺稳定运行的关键。
短程硝化反硝化工艺主要包括SHARON,OLAND 和 CANON工艺 ,同时国内外专家学者也对 SBR ,A/ O,MBR,曝气生物滤池等工艺的短程硝化反硝化进行了深入研究。
1 短程硝化反硝化原理传统的脱氮工艺是将NH4+氧化成NO2-,再氧化成NO3-；起作用的分别是亚硝酸菌和硝酸菌，统称为硝化菌，可得如下结论：亚硝化过程产生的能量比硝化过程产生的能量多，因而前者反应速率较后者快；亚硝化过程中产生大量的H+,使系统pH值降低，而硝化过程对系统的pH值无影响；亚硝化过程和硝化过程好氧比为3:1；亚硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的时代周期短，生长较快，因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件。
当硝酸菌受到抑制的时候，将会出现NO2-的积累。
很显然，在传统的硝化-反硝化脱氮过程中，在反硝化菌的作用下，反硝化过程既可从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。
但由NO2-转化为NO3-，然后由NO3-再转化为NO2-的重复转化过程中，要消耗更多的溶解氧和有机碳源。
如果在实际过程中，控制这一转化过程，使NH4+全部或绝大部分转化为NO2-而不是NO3-，由NO2-直接进行反硝化，称此过程为短程硝化-反硝化，经过环境工作者的不懈努力，短程硝化-反硝化过程在许多反应器都得以实现。
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短程硝化反硝化工艺 Final approval draft on November 22, 2020短程硝化反硝化工艺简析广东石油化工学院化工与环境工程学院环境08-1冼真文摘要:指出短程硝化反硝化工艺是目前国内外生物脱氮技术研究应用的热点,通过介绍短程硝化反硝化工艺原理,分析了不同工艺稳定亚硝态氮积累实现短程硝化的工艺控制措施,对短程硝化反硝化工艺今后的研究和应用进行了展望。
关键词:短程硝化反硝化；氨氧化细菌；硝化；反硝化短程硝化反硝化工艺是目前国内外生物脱氮技术研究应用的热点。
在生物脱氮硝化过程中,氨氧化细菌将氨氮氧化为亚硝态氮,亚硝酸盐氧化细菌将亚硝态氮氧化为硝态氮。
控制硝化反应条件,使硝化反应只进行到亚硝态氮阶段并实现稳定的亚硝态氮积累,是各种短程硝化反硝化工艺稳定运行的关键。
短程硝化反硝化工艺主要包括SHARON,OLAND和CANON工艺,同时国内外专家学者也对SBR,A/O,MBR,曝气生物滤池等工艺的短程硝化反硝化进行了深入研究。
1短程硝化反硝化原理传统的脱氮工艺是将NH4+氧化成NO2-,再氧化成NO3-；起作用的分别是亚硝酸菌和硝酸菌，统称为硝化菌，可得如下结论：亚硝化过程产生的能量比硝化过程产生的能量多，因而前者反应速率较后者快；亚硝化过程中产生大量的H+,使系统pH值降低，而硝化过程对系统的pH值无影响；亚硝化过程和硝化过程好氧比为3:1；亚硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的时代周期短，生长较快，因此较能适应冲击负荷和不利的环境条件。
当硝酸菌受到抑制的时候，将会出现NO2-的积累。
很显然，在传统的硝化-反硝化脱氮过程中，在反硝化菌的作用下，反硝化过程既可从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。
但由NO2-转化为NO3-，然后由NO3-再转化为NO2-的重复转化过程中，要消耗更多的溶解氧和有机碳源。
如果在实际过程中，控制这一转化过程，使NH4+全部或绝大部分转化为NO2-而不是NO3-，由NO2-直接进行反硝化，称此过程为短程硝化-反硝化，经过环境工作者的不懈努力，短程硝化-反硝化过程在许多反应器都得以实现。
与传统脱氮工艺过程相比，短程硝化-反硝化体现出以下优势。
节能：硝化阶段，供氧量节省近25%，降低能耗；节约外加碳源：从NO2-到N2要比从NO3-到N2的反硝化过程中，减少40%的有机碳源；可以缩短水力停留时间：在高氨环境下，NH4+的硝化速率和NO2-的反硝化速率均比NO2-的氧化速率和NO3-的反硝化速率快，因此水力停留时间可以缩短，反应器的容积也相应减小；可减少剩余污泥产量：亚硝酸菌表观产率系数为0.04~0.13gVSS/gN,硝酸菌的表观产率系数为0.02~0.07gVSS/gN，NO2-反硝化菌和NO3-反硝化菌的表观产率系数分别为0.345gVSS/gN和0.765gVSS/gN，因此短程硝化反硝化过程中可以减少产泥24~33%，在反硝化过程中可少产泥50%。
2影响亚硝酸盐积累的因素由于废水生物处理反应器均未开放的非纯种培养系统，如何控制硝化停止亚硝化阶段是实现短程生物脱氮的关键。
传统硝化过程是由亚硝酸菌和硝酸菌协同完成的，由于这两类细菌在开放的生态系统中形成较为紧密的互生关系，将氨氧化为硝酸，因此完全的亚硝酸化是不可能的。
短程硝化的标志是稳定且较高的亚硝酸积累，积压硝化率较高（至少大于50%）。
影响亚硝酸积累的因素主要有温度、pH、氨浓度、氮负荷、DO、有害物质及泥龄。
温度：生物硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响也不同。
12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到严重抑制，出现亚硝酸积累。
15～30℃范围内，硝化过程中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[7]。
pH值：随着硝化的进行，硝化过程产生的酸使废水pH不断降低。
亚硝酸菌要求的最适pH在7~8.5之间，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HNO2浓度升高，硝化产物中亚硝酸比例增加，出现HNO2积累。
NH3浓度与氮负荷：废水中氨随pH不同分别以分子态和离子态形式存在。
分子态游离氨（FA）对硝化作用有明显的抑制作用，而离子化的氨不具这种特性[10]。
硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属（硝化过程中常见的两个菌属）更易受到FA的抑制，抑制亚硝酸菌的浓度为10~150mg/L，抑制硝酸菌的浓度为0.1~1.0mg/L。
0.6mg/l的FA几乎就可以全部抑制亚硝酸菌的活性，从而使氧化受阻，出现积累[8]。
pH升高，FA浓度增大，造成HNO2积累。
另外，氨氮负荷过高时，在系统初期有利于繁殖较快的亚硝酸菌的增长，使HNO2产生量大于氧化量，出现HNO2积累。
DO：亚硝酸菌和硝酸菌均是严格好氧菌，在生物膜和活性污泥反应器中当膜的厚度和活性污泥的尺度较大时，形成氧扩散梯度。
因此，在活性污泥法和生物硝化系统中，尽管混合液中的溶解氧浓度可能较高，但絮体或生物膜内部溶解氧的浓度由于扩散受阻，可能已达到限制其增长和硝化浓度。
因此，在实际的硝化系统中，需要维持的溶解氧浓度应由反应器内形成的絮体大小、生物膜的厚度以及相应的混合强度来决定。
絮体越大或生物膜越厚，混合强度越小，则扩散能力越差，相应的混合液所需维持的溶解氧浓度就必须越高，否则硝化过程将受到抑制。
在通常情况下，多数研究者建议，在活性污泥法中要维持正常的硝化效果，一般至少应使DO在0.5mg/l以上，否则硝化作用会受到抑制。
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的抑制作用。
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到抑制，出现HNO2积累。
泥龄：亚硝酸菌的世代时间较硝酸菌短，在悬浮处理系统中如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汰掉，使亚硝酸菌成为系统中优势菌种，硝化产物为HNO2。
3几种短程硝化反硝化工艺SHARON工艺是1997年由荷兰Delft技术大学Mulder等研发的新型脱氮工艺,用来处理城市污水二级处理系统中污泥硝化上清液和垃圾滤出液等高氨氮废水。
该工艺的核心是利用高温30℃～35℃下,氨氧化细菌的生长速率明显高于亚硝酸盐氧化细菌的生长速率,氨氧化细菌的HRT 小于亚硝酸盐氧化细菌的HRT等特性来控制工艺污泥龄,使其介于氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的HRT之间,从而使氨氧化细菌得到积累而亚硝酸盐氧化细菌被自然淘汰,从而维持稳定的NO-2-N 积累,然后进行反硝化。
OLAND工艺是1998年由比利时Gent大学开发的一种限制性自养型亚硝化工艺,在限制供氧的条件下,自养型的亚硝酸细菌将以氧为电子受体,把部分氨氧化成亚硝酸盐,然后,再以氨作为电子供体,把亚硝酸盐还原为N2。
该工艺的技术核心是控制DO浓度,由氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的氧饱和常数分别为0.3mg/L和1.1mg/L,在低DO浓度下亚硝酸盐氧化细菌的活性会显着减弱,使氨氧化细菌生长速率大于亚硝酸盐氧化细菌,从而逐步淘汰亚硝酸盐氧化细菌,使NO2--N大量积累。
CANON工艺是2002年首先由荷兰Delft工业大学提出的在限氧条件下通过利用好氧和厌氧氨氧化菌的共生系统实现一体化完全自养脱氮的新工艺。
该工艺是在单个反应器或生物膜内通过控制溶解氧同时实现短程硝化和厌氧氨氧化的脱氮过程。
首先在限氧条件下(<0.5%空气饱和度),得到了好氧和厌氧氨氧化菌的混培物,好氧氨氧化菌先将氨氮氧化为亚硝酸盐,然后厌氧氨氧化菌再将亚硝酸盐转化为氮气。
CANON工艺中,NH4+-N与DO浓度是两个关键性因素。
SBR工艺的短程硝化成为国内学者的研究焦点。
当温度为21 ℃～35℃进水氨氮浓度为300mg/L左右,控制曝气量使DO浓度为0mg/L～1.0mg/L的条件下可实现SBR工艺的短程硝化,亚硝态氮稳定积累且积累率大于90%的关键是控制高、低DO浓度交替进行。
在pH值变化不大的情况下,增加进水氨氮浓度会提高亚硝态氮的积累率,但将导致反应时间延长,而采用pH值实时控制短程硝化反硝化过程不仅可以合理分配曝气和搅拌时间,且可提高硝化速率,缩短反应时间。
A/O工艺是生物脱氮常规工艺。
主要应用于生活污水的处理,由于生活污水自身低氨氮(<100mg/L)的特点,一般不会出现高FA浓度和高pH值情况,且平均水温在20 ℃左右,因此,在处理生活污水时DO浓度是A/O工艺实现短程硝化反硝化的主要控制因子,控制好氧区DO浓度在0.5mg/L,则亚硝酸氮平均积累率可达85%或更高。
在UASB2A/O工艺处理垃圾渗滤液短程生物脱氮的研究中,FA和FNA协同作用是实现并维持A/O工艺稳定短程硝化的决定因素。
此外,以pH值和DO浓度作为A/O硝化反应进行的过程控制参数,可准确把握亚硝化终点,避免过度曝气破坏短程硝化,为氨氧化细菌的生长创造有利条件,尽可能使“氨谷”或“DO突跃点”出现在好氧区后段,可以有效抑制亚硝酸盐氧化细菌的生长并逐渐从系统中淘洗出去,实现了硝化菌种群的优化。
膜生物反应器(MBR)是一种新型、高效的污水处理技术,MLSS和DO是MBR实现短程硝化反硝化的重要影响因素。
研究表明,当MLSS=20g/L～25g/L,控制DO=0.5mg/L～1.0mg/L,C/N=4～6时,膜生物反应器能形成良好的短程硝化反硝化。
MBR实现短程硝化反硝化的另一条件是污泥絮体中能形成缺氧微环境,缺氧微环境的形成与水中DO浓度的高低、污泥负荷、污泥的絮体结构及反应中的水力状态等有关；根据MBR的自身特点,通过控制DO浓度,在絮体表面形成氨氧化细菌为主的优势菌群,而在内部缺氧部分为反硝化菌创造条件。
曝气生物滤池能够实现短程硝化反硝化取决于其独特的结构特征和运行方式。
填料为异养菌、自养菌和反硝化细菌分别占据不同生态位,形成合理微环境体系提供有效的载体,较低的曝气量和定期反冲洗又使得竞争能力较弱的亚硝酸盐氧化细菌不能在反应器内成为优势群体而被自然淘汰,因而氨氧化产生的NO2--N可直接被反硝化去除。
低氨氮负荷时,影响NO2--N积累的主要因素是DO(1.0mg/L～1.5mg/L);高氨氮负荷时,影响NO2--N积累的主要因素是FA。
低氨氮负荷时,沿滤层高度NO2--N的积累速度相对慢些,积累率却比较高；高氨负荷时,沿滤层高度NO-2-N的积累速度增快,但积累率并不是最高；pH值在8～8.5时反应器内有较高NO2--N积累率,达到70%左右,同时NH4+-N的去除率也有70%；pH=9时,虽然NO2--N也有积累,但NH4+-N的去除率却很低。