在生物脫氮領(lǐng)域，短程硝化和短程反硝化是兩種重要的工藝過(guò)程，它們突破了傳統(tǒng)的全程硝化反硝化路徑，通過(guò)調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效的氮素去除。
短程硝化是指在生物脫氮過(guò)程中，通過(guò)特定的工藝調(diào)控手段，使氨氮氧化過(guò)程僅進(jìn)行到亞硝酸鹽階段，即氨氮（NH??）首先被氧化為亞硝酸鹽（NO??），而亞硝酸鹽不再進(jìn)一步氧化為硝酸鹽（NO??）。這一過(guò)程主要依賴于氨氧化菌（AOB）活性的強(qiáng)化以及對(duì)硝化菌（NOB）活性的有效抑制。短程硝化的優(yōu)勢(shì)在于減少了氧氣消耗和碳源需求，降低了后續(xù)反硝化階段的負(fù)荷，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效率。
影響因素及優(yōu)化策略：
DO濃度：DO需嚴(yán)格控制在0.5-1.5 mg/L，以抑制硝化細(xì)菌而利于氨氧化菌。
溫度與pH值：適宜的溫度（20-30℃）和中性至弱堿性的pH環(huán)境有利于短程硝化的穩(wěn)定運(yùn)行。
SRT（污泥齡）：適當(dāng)縮短SRT，有利于選擇性地培養(yǎng)出短程硝化菌群。
進(jìn)水負(fù)荷：保持穩(wěn)定的氨氮負(fù)荷，避免沖擊對(duì)短程硝化系統(tǒng)的破壞。
短程反硝化則是指將硝酸鹽或亞硝酸鹽直接還原為氮?dú)猓∟?），跳過(guò)了常規(guī)的反硝化過(guò)程中的NO??還原為NO??步驟。該過(guò)程通常需要特殊的反硝化菌種，能夠在缺氧環(huán)境下直接利用亞硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化反應(yīng)。短程反硝化不僅可以避免傳統(tǒng)反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物——一氧化氮（NO），減輕了環(huán)境壓力，而且提高了總氮去除率，節(jié)省了有機(jī)碳源的投入。
影響因素及優(yōu)化策略：
缺氧環(huán)境：嚴(yán)格的缺氧條件是短程反硝化的基礎(chǔ)，應(yīng)控制DO低于0.5 mg/L。
pH值：pH在6.0-8.0之間有利于短程反硝化菌的生長(zhǎng)和活性。
溫度：適宜的溫度（20-30℃）有助于提高反硝化速率。
碳源類型和供給量：選擇易降解、高效的碳源，并適當(dāng)增加供碳量，促進(jìn)短程反硝化的發(fā)生。
反應(yīng)器內(nèi)流態(tài)與混合：保證反應(yīng)器內(nèi)的混合均勻，避免局部區(qū)域出現(xiàn)氧濃度過(guò)高現(xiàn)象。
如何調(diào)控微生物群落以實(shí)現(xiàn)短程硝化與反硝化？
溶解氧控制：短程硝化的實(shí)現(xiàn)依賴于對(duì)硝化菌（NOB）的活性抑制，通常通過(guò)嚴(yán)格控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度，維持在一個(gè)既能保證氨氧化菌（AOB）正常工作又足以抑制NOB生長(zhǎng)的低水平。
溫度與pH調(diào)節(jié)：不同的微生物種群對(duì)環(huán)境條件有不同的適應(yīng)性，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)器的溫度和pH值，可以選擇性地促進(jìn)目標(biāo)菌群的活性，如一些特定的AOB能夠在較低溫度或特定pH范圍內(nèi)具有更高的活性。
SRT(污泥齡)和HRT(水力停留時(shí)間)優(yōu)化：合理設(shè)定生物反應(yīng)器的污泥齡和水力停留時(shí)間，有助于選擇性地富集AOB，同時(shí)淘汰或抑制NOB的增殖。
交替曝氣與缺氧處理：采用間歇曝氣或者分段處理方式，創(chuàng)造有利于短程硝化和短程反硝化的環(huán)境條件，例如，先在好氧條件下進(jìn)行氨氮到亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化，然后迅速轉(zhuǎn)為缺氧或厭氧條件，使亞硝酸鹽直接被還原為氮?dú)狻?/p>
添加抑制劑：某些化學(xué)物質(zhì)可以作為NOB的抑制劑使用，比如甲醇、異丙醇等，能有效抑制NOB的活性，從而實(shí)現(xiàn)短程硝化。
碳源投加策略：適當(dāng)?shù)奶荚赐都幽軌蛘{(diào)控反硝化過(guò)程，使得亞硝酸鹽優(yōu)先于硝酸鹽作為電子受體被利用，實(shí)現(xiàn)短程反硝化。
綜上所述，通過(guò)一系列精準(zhǔn)的工藝調(diào)控手段，可在污水處理系統(tǒng)中成功誘導(dǎo)并穩(wěn)定運(yùn)行短程硝化和短程反硝化過(guò)程，進(jìn)而提升脫氮效率，降低能耗，并減少副產(chǎn)物生成。
