低ＤＯ引起的污泥膨胀。比如，ＳＢＲ和生物膜反 应器。
一些基于低ＤＯ下实现短程硝化的研究见
表１。这些研究对当前国内采用相同工艺的污水处
化过程呈较好的相关性，可分别表征异养菌对有机
物吸附、降解、难降解有机物的降解、短程硝化开始、
理厂进行脱氮升级改造具有重要的意义。
２．２基于高氨氮浓度、ｐＨ和温度控制的短程硝化
Ｘｉａｏｙｉ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ。Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｎａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ
化为亚硝酸盐（ＮＯｆ）的反应；②由亚硝酸氧化菌
（ｎｉｔｒｉｔｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｂａｃｔｅｒｉａ，ＮＯＢ）参与的将亚硝酸
低污泥产率等特点，成为当前脱氮领域研究的热点。
研究内容主要集中在实现氨氧化菌在反应器的优势 积累、构造适于氨氧化菌长期稳定生长并抑制亚硝酸 氧化菌的最佳环境因素、优化过程控制模式实现持续
Ｄ０
８００（不排泥）
３ ３
７５～８５
≥９５ ＞９０
５
ＳＢＲ
０．５～１ ｍｇ／Ｌ，ｐＨ７．５～８．０
０００～３ ５００ ０００～４ ０００ （１５） ＞９５
２
Ｋ｜ｏ
室温２０～２２℃，１３００．３～Ｏ．７ ｍｇ／Ｌ，
ｐＨ为７．１５～７．７ 温度２ｌ～２５℃、氨氮３００ ｒａｇ／Ｌ，
ＩＸ）＜Ｉ ｍｇ／Ｌ
平均８５
短程硝化理论及其影响因素 硝化过程是将污水中的氨氮转化为硝酸盐的过
１．１短程硝化理论
国家水体污染控制与治理科技重大专项（２００９ＺＸ０７２１０— ００２）：北京工业大学研究生科技基金（ｙｋｉ一２０１０—３７３１）。
（１）温度。生物硝化反应在４～４５℃内均可进 行，ＡＯＢ和ＮＯＢ生长的最适宜温度各不相同。在
盐转化为硝酸盐（Ｎ０ｆ）的反应。硝化反应过程需
在有氧条件下进行，以０２作为电子受体。短程硝化
稳定的短程硝化等。同时，大量研究采用了各种分子 生物学技术对硝化细菌进行了分析和鉴定，从而为进
一步深入研究短程硝化过程提供了有效的手段。
１
就是将硝化过程控制在ＮＯＦ阶段，实现Ｎ呀的积
累。其中ＡＯＢ以亚硝酸盐单胞菌属和亚硝酸盐球菌 属为主，主要包括Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ，Ｎｉｔｒｏｓｏｃｏｃｃｕｓ，Ｎｉｔｒｏ— ｓｏｐｉｒａ，Ｎｉｔｒｏｓｏｌｏｂｕｓ，Ｎｉｔｒｏｓｏｖｉｂｒｏ等５类细菌。 １．２短程硝化的影响因素 Ｎ（Ｆ积累的影响因素主要有温度、Ｄ０浓度、 ｐＨ、游离氨（ＦＡ）浓度、污泥龄和有机物浓度等。
采用缺氧一好氧，缺氧～低氧一好氧两种工艺处理
城市污水中发现，控制ＤＯ浓度为０．２～ｏ．６ ｍｇ／Ｌ 时，两种工艺均实现了短程硝化反硝化。杨林等［５１
的负担，但是大量研究表明，高浓度氨氮对于实现
稳定的短程硝化过程有明显的促进作用，同时再
采用ＣｓＴＲ反应器处理高氨氮废水，反应器在高氨 氮和低Ｄｏ条件下长期运行后，发现短程硝化过程
由于仅依靠低Ｄ０控制的短程硝化存在稳定性 问题，大量研究发现在游离氨和低ＩＸ）的共同作用下
可以实现长期稳定的短程硝化。Ｃｈｕｎｇ等在好氧流 化床生物膜反应器中控制ＤＯ＜Ｉ ｍｇ／Ｌ，ＦＡ在２０－－－
２５
ｍｇ／Ｌ的条件下实现了超过１．５ ａ的短程硝化［１］。 郭海娟等［２］通过控制低ＩＸ）和适宜的ｐＨ可以实
１９９８年荷兰的Ｍｕｌｄｅｒ发明的ＳＨＡＲＯＮ工艺 用来处理荷兰鹿特丹的Ｄｏｋｈａｖｅｎ城市污水处理厂
二级处理系统中污泥消化上清液和垃圾渗滤液等高
氨废水。该工艺的核心是应用高温（３０～３５℃）下
ＡＯＢ的生长速率明显高于亚硝酸氧化菌的生长速
率这一固有特性，控制系统水力停留时间与污泥龄， 从而使硝酸菌被淘汰，形成反应器中ＡＯＢ的积累 使氨氧化控制在亚硝化阶段。 同时，游离氨浓度也被广泛认为是亚硝酸盐氧 化菌的主要抑制因素，Ｖｉｌｌａｖｅｒｄｅ等［１１］认为游离氨 浓度在０．１～１０ ｍｇ／Ｌ就可对亚硝酸氧化菌产生抑 制作用。游离氨的存在对实现稳定短程硝化反硝化 具有非常重要的意义，Ｙｕａｎ等［１２］指出在处理高浓 度氨氮污水时，相对于低Ｄ０浓度，维持较高的游离 氨浓度更容易实现稳定的短程硝化。 垃圾渗滤液、制药废水、焦化废水和合成氨工业
（４）游离氨（ＦＡ）和游离亚硝酸（ＦＮＡ）。在硝 化过程中，ＦＡ对ＡＯＢ和ＮＯＢ的抑制浓度分别为
０．１～１ ｍｇ／Ｌ和１０－－－－１５０ ｍｇ／Ｌ。当ＦＡ的浓度介
于两者之间时，ＡＯＢ能够正常增殖和氧化，ＮＯＢ被 抑制，就会发生亚硝酸的积累。但是，由于ＮＯＢ对 ＦＡ的抑制作用有一定的适应性，单纯依靠提高ＦＡ 浓度实现Ｎ（Ｅ的积累是不可靠的，而在短程硝化 后期ＦＮＡ浓度的升高则可以承担对ＮＯＢ的抑制。 （５）泥龄（ＳＲＴ）。由于Ａ（）Ｂ的世代周期比 ＮＯＢ短，因此可以通过缩短ＳＲＴ，使之介于ＡＯＢ 和ＮＯＢ的ＳＲＴ之间，系统中ＮＯＢ就会逐渐被淘 汰掉。 （６）有机物浓度。有机物在各种污水中的广泛 存在给硝化过程或者短程硝化过程带来了较多的不
２
氨氮去除率
／％
５０
亚硝酸盐氮积 累率／％
５０～７０ ＞９８
参考文献
０００～４ ０００（１５～２０）
６
６ ７ ３ ８
ｍｇ／Ｌ
５００～７ ３００
３ ０００（３０）
＞９６
ＤＯ接近ｏ，氨氮为２００～２６０ ｍｇ／Ｌ
Ｄ（）０．１～Ｏ．６ ｒａｇ／Ｌ
≥８０ ≥９５
ＣｓＴＲ
氨氮８００～８６８ ｒｎｇ／Ｌ，（３０士２）℃， ｐＨ在７．２～８．２，从）０．３～Ｏ．５ｍｇ／Ｌ
短程硝化结束、全程硝化开始、硝化结束、反硝化开
表２基于高氨氮、ｐＨ、温度控制的短程硝化的文献数据
工艺 原水 原水及控制条件
温度３５℃，ＩＸ）ｏ．５～２．５ ｒｎｇ／Ｌ， ７～７．８ 污泥浓度／ｍｇ／Ｌ （ＳＲＴ／ｄ）
２ ０００
氨氮去除率／％
（２）ＤＯ浓度。通常情况下，—蛔Ｂ饱和常数为
０．３
ｍｇ／Ｌ，Ｎ（）Ｂ为１．１ ｍｇ／Ｌ。当Ｄ（）低于１ ｍｇ／Ｌ
时，利用这两类菌动力学特性的差异可以实现Ａ（）Ｂ 的富集、抑制ＮＯＢ的活性。 （３）ｐＨ。两类菌适宜生长的ｐＨ范围不同， Ａ（）Ｂ的最适ｐＨ在７．５～８．５，ＮＯＢ的最适ｐＨ在
６．５～７．５。
对ＤＯ浓度的变化具有良好的耐受性。 很多研究还表明，采用能有效控制污泥膨胀
通过合理的分配和利用某些工业生产中的废碱液 和余热，可以实现稳定和高效的短程硝化。详见
表２。 ２．３基于实时控制模式的短程硝化 在生物脱氮过程中，Ｄ０、ＯＲＰ、ＯＵＲ（氧利用 率）、ｐＨ等参数的变化与有机物降解、硝化和反硝
的工艺和低ＤＯ结合以实现短程硝化，可以避免由
ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｉｏｌｏｇｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 程，包括两个基本的反应步骤：①南氨氧化菌（ａｍ－
ｍｏｎｉｕｍ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ
短程硝化反硝化技术以可节约２５％的耗氧量、
４０％左右的反硝化碳源，以及亚硝酸盐氮作为反硝化
底物的反硝化速率是硝酸盐氮为底物的１．５～２倍、
ｂａｃｔｅｒｉａ，ＡＯＢ）参与的将氨氮转
给水排水Ｖ０１．据
１２～１４℃下，活性污泥中ＮＯＢ活性受到严重抑制， 出现Ｎ０ｆ积累；１５～２５℃下，硝化过程形成的 ＮＯｆ可完全被氧化成Ｎ（ｉ；温度在２５～３５℃又出 现Ｎ０ｆ的积累。
变化，以及其产物ＣＯｚ都给硝化细菌的活性及硝化 产物带来了巨大的影响。 （７）盐浓度。对于一些常见的无机盐来说，适 量浓度对短程硝化具有促进作用，超过某个阈值，则 对硝化具有抑制作用。当前无机盐对短程硝化的影 响研究还停留在单一组分或少组分的条件下，由于 实际废水中含盐组分的差异，浓度的差异，其具体影 响还需要做更多的研究来确定。 ２实现短程硝化的最新进展 当前短程硝化的研究主要是采用各种方法和策 略实现亚硝酸盐的积累，并考察实现短程硝化的最 佳环境条件，如温度、污泥龄、溶解氧、ｐＨ、游离氨 等。由于原水水质、工艺类型以及工艺条件等的不 同，通常得出的短程硝化过程、环境条件、动力学指 标及ＡＯＢ的类型和各项特性参数也是各有差异。 ２．１基于低氧控制的短程硝化 在完整的硝化过程中，耗氧当量为２．８６ ｇ（）ｚ／ｇ Ｎ０ｆ—Ｎ，为了满足完全硝化反应所需的曝气，其能 耗大大增加了污水处理构筑物的整体耗量，增加了 运行费用。而短程硝化，其氧当量为１．７１ ９０２／ｇ Ｎ０ｆ—Ｎ，可大大降低污水处理运行费用。 由于ＡＯＢ和亚硝酸盐氧化菌的氧饱和常数分 别为０．３ ｍｇ／Ｌ和１．１ ｍｇ／Ｌ，因此，可在低溶解氧 （Ｏ．３～１ ｍｇ／Ｌ）条件下，实现对亚硝酸盐氧化菌的 抑制，获得稳定的亚硝酸盐积累，如表１所示。但是 也有研究表明，由低Ｄ０控制的短程硝化存在两个
确定性。碳氧化过程中ＤＯ、ｐＨ和ＯＲＰ等参数的
表１基于低ＤＯ控制的短程硝化的文献数据
工艺 厌氧一好氧一缺氧
ＳＢＲ ＳＢＲ ＳＢＲ
原水 生活污水 晚期垃圾渗滤液 人工配水 生活污水 人工配水 人工配水 生活污水
原水及控制条件 好氧区ＩＸ）０．５～１ ｍｇ／Ｌ
１３０ ０．７５
污泥浓度ＩｍｇｌＬ
（ＳＲＴ／ｄ）
・科技信息综述・
短程硝化反硝化技术研究进展
李泽兵１ 李 军１ 李 妍１ 马家轩２ 王晓毅２
（１北京工业大学建筑工程学院，北京１００１２４；２河南省化工研究所有限责任公司，郑州４５００５２）
摘要综述了国内外短程硝化反硝化的技术进展。从短程硝化反硝化技术的影响因素、控制方
式以及氨氧化茵的分子生物学研究等方面进行了分析，为在更普遍、更广泛的条件下实现短程硝化
ｐａｐｅｒ