由于工业化进程的加速，氮、磷的污染问题日益尖锐化。越来越多的国家地区制定了更为严格的污水氮、磷的排放标准。尤其是氮的考核内容也从单一的氨氮指标发展到总氮(氨态氮、硝态氦和有机氮的总和)的考核指标。由于近年来一些新理论的提出，如使污水脱氮实现短程硝化反硝化。这样不仅可以提高细菌的增长速度、缩短反应进程，从而减少反应容积;而且同时减少了硝化的曝气量和反硝化有机物的投加量，减少了运行费用。所以短程硝化成为了近年来的研究热点。

一、短程硝化机理

废水生物脱氮，一般由硝化和反硝化两个过程完成，而硝化过程分为氨氧化阶段和亚硝酸盐氧化阶段。这两个阶段分别由氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)独立催化完成。阶段是在AOB的作用下，将氨氮NH4+―N氧化为亚硝态氮NO2――N;而第二阶段是在NOB的作用下，将亚硝态氮NO2――N氧化为硝态氮NO3――N。由于硝化反应是由两类生理特性*不同的细菌独立催化完成的不同反应，所以需要通过适当控制条件，可以将硝化反应控制在NO2――N阶段，阻止NO2――N的进一步氧化，随后直接进行反硝化，这就是短程硝化反硝化的作用机理。

二、短程硝化的优点

1、由于硝化和反硝化速率加快，所以缩短了反应时间。

2、由于氨氧化菌(AOB)的周期比亚硝酸盐氧化菌(NOB)短，所以污泥龄短，提高反应器微生物浓度。

3、硝化反应器容积可减少8%，反硝化反应器容积可减少33%，可节省了建筑费用。

4、硝化过程节省约25%供氧量，反硝化过程节省约40%外加碳源(以甲醇计)，所以节省了运行费用。

5、硝化过程减少产泥24%一33%，反硝化过程减少产泥50%，明显降低了污泥排放量，进而减少污泥处理处置费用。

三、短程硝化过程中的影响因子

生物脱氮的硝化过程是由AOB和NOB共同完成的;AOB的真正基质是水溶液中的游离氨，而NOB的真正基质是水溶液中的游离亚硝酸;AOB和NOB的生长还受到温度、pH值、DO、抑制物等因子影响。

1、温度

在4～45℃内，氨氧化细菌和硝化细菌均可进行。但在12～14℃时，此时的温度会严重抑制活性污泥中硝化菌的活性，出现NHO2―的积累;15～30℃时，硝化过程形成的NO2―*被氧化成NO3―;当温度超过30℃后又出现NO2―的积累。细菌在高温和低温均可较好地实现亚硝酸盐的积累。

实验表明，低温也可实现短程硝化。在低温时，亚硝酸盐氧化菌利用氨氮的能力大于硝化细菌利用NO2-N的能力，从而造成NO2―的累积。所以，短程硝化反应器需要在较高温度的季节启动，缓慢降温，使AOB渐渐适应低温环境，保证氨氧化效果;在适宜的条件下实现短程硝化，同时通过实时控制使其稳定并优化污泥种群结构，进而在低温条件下维持短程硝化。要解决实际应用低温的问题，还需要寻找出适应北方低温的氨氧化细菌的菌株来。

2、DO浓度

对DO的控制实现短程硝化是将该技术应用于实际的一种较为理想的方法。它比较适合作为未来实际工程的控制参数，因为控制好曝气量、曝气频率以及曝气方式，就可较好地实现短程硝化。

在生物膜反应器中，当DO的浓度控制在0.5mg/L以下时，就可以使出水中亚硝酸氮占总硝态氮的90%以上。

使用间歇曝气，阶段曝气等方法，来改变曝气方式以及曝气频率也可实现短程硝化。这些方法的共同点是使反应器内的DO值按一定规律周期性地升高降低，指示在一段时间内反应器处于厌氧状态。

DO浓度是AOB和NOB生长的重要影响因素之一，AOB和NOB的氧饱和常数分别为：0.3和1.1mg/L。可见AOB对氧的亲合力较NOB强，在低DO浓度下NOB的活性会显著减弱，使AOB生长速率大于NOB;虽然低DO浓度会使微生物代谢活动减弱，但硝化过程的氨氧化作用未受到明显影响，从而实现NO2――N的大量积累。

3、FA及FNA的影响

实验表明，FA对NOB和AOB产生抑制作用的浓度分别为0.1～1.1mg/L和10～15mg/L。而研究结果表明，FA浓度达到6 mg/L 时可*抑制NOB的生长;FNA*抑制NOB和AOB生长的浓度分别为0.02 mg/L和0.4 mg/L。因此可以利用FA或FNA的选择抑制作用使系统中的NOB受到抑制而AOB不受抑制，从而将硝化控制在亚硝化阶段;但NOB对FA的抑制具有适应性，若反应器长期运行短程硝化会被破坏。有相关研究者提出利用FA与FNA联合控制实现稳定的短程硝化过程，即在反应器启动初期利用废水中较高的FA浓度使NOB受到抑制之后，由于NO2――N大量积累，较低的pH值会导致较高的FNA浓度，从而可利用反应器前期较高浓度的FA和后期较高浓度的FNA共同维持短程硝化过程。

4、PH值

由于硝酸菌和亚硝酸菌适宜生长的pH值范围不同，所以可以利用控制PH值的方法实现短程硝化。亚硝酸菌的适宜PH值在7.0～8.5，而硝酸菌的适宜PH值在6.0～7.5。只要将PH值控制在7.5～8.5就可较好地抑制硝酸菌，实现亚硝酸的累积。

PH虽然是实际中较容易控制的，但它也存在一定的缺点。它的缺点是需要PH的实时监控，和相配套的药剂自动投加设备及搅拌设备，并且药剂费用也增添了反应器运行费用，这些在一定程度上抵消了短程硝化本身的优势。

5、SRT

通过SRT的控制是无法实现亚硝酸的积累的，SRT却是反应器短程硝化稳定运行的重要控制参数。泥龄控制偏低会导致硝酸菌和亚硝酸菌的流失，导致反应器处理能力的降低;泥龄过高会提高硝酸菌的数量，在低负荷下，反应器容易向全程硝化转化。选择适宜的SRT值是稳定实现短程硝化的关键参数。

6、抑制剂

对硝化反应有抑制作用的物质有：过高质量浓度的游离氨、重金属、有毒有害物质以及有机物。重金属会对硝化反应产生抑制，如Ag、Hg、Cr、Zn等，其毒性作用由强到弱;当pH由高到低时，毒性由弱到强.锌、铜和铅等重金属对硝化反应的两个阶段都有抑制，但抑制程度不同。某些有机物如苯胺、邻甲酚和等对硝化细菌具有毒害或抑制作用，因为催化硝化反应的酶内含Cu I一Cu II电子对，凡是与酶中的蛋白质竞争Cu或直接嵌入酶结构的有机物，均会对硝化细菌发生抑制作用。这些有机物对硝化菌的抑制作用要比亚硝化菌强，所以会在对含这类物质的污水生物脱氮中产生亚硝酸盐积累现象。