在脫氮工藝中氨氮轉化成氮氣有很多的途徑，也存在很多難以控制的中間過程及中間產物，恰恰是這些難控制的中間過程決定了最新的脫氮工藝的研究方向，本文將介紹一下短程硝化及短程反硝化的內容！

什么是短程硝化？

廢水生物脫氮，一般由硝化和反硝化兩個過程完成，而硝化過程分為氨氧化階段和亞硝酸鹽氧化階段。這兩個階段分別由氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)獨立催化完成。

第一階段是在AOB的作用下，將氨氮NH3-N氧化為亞硝態氮NO2―N；而第二階段是在NOB的作用下，將亞硝態氮NO2―N氧化為硝態氮NO3―N。

由于硝化反應是由兩類生理特性完全不同的細菌獨立催化完成的不同反應，所以需要通過適當控制條件，可以將硝化反應控制在NO2―N階段，阻止NO2―N的進一步氧化，短程硝化的成功的標準就是系統中大量NO2-N累積！隨后直接進行反硝化或者厭氧氨氧化，這就是為什么短程硝化如此重要的原因！

什么是短程反硝化？

短程反硝化（partial denitrification）：在反硝化過程中，有機物提供電子供體，細菌將NO3ˉ還原為NO2ˉ，而不是直接將NO3ˉ還原為N2的過程，稱為短程反硝化。反應式為：

3NO3ˉ+CH3OH→3NO2ˉ+CO2+2H2O

2011年，彭永臻院士團隊發現短程反硝化的特殊現象后，開展了長達10余年的機理研究，最終在世界范圍內首次實現技術突破，并建立相關理論。

短程硝化與短程反硝化的應用

短程硝化和短程反硝化的應用主要是實現厭氧氨氧化過程中的亞硝酸鹽氮產生，如圖：

厭氧氨氧化是公認的最經濟的脫氮技術之一。厭氧氨氧化Anammox是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產生氮氣和硝酸的生物反應。Anammox包括兩個過程：一是分解（產能）代謝，即以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應生成氮氣，并把產生的能量以ATP的形式儲存起來；二是合成代謝，即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產生的ATP合成細胞物質，并在這一過程中產生硝酸鹽。

在這過程中，大約89%的無機氮都將被轉化產生氮氣，另外11%的無機氮被轉化為硝酸鹽氮，與傳統硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術優勢，其曝氣能耗只有傳統工藝的55-60%；該工藝幾乎無需碳源，如果為了去除硝酸鹽產物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，其投加量也比傳統工藝中碳源投加量降低90%；厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時，由于厭氧氨氧化菌細胞產率遠低于反硝化菌，所以，厭氧氨氧化過程的污泥產量只有傳統生物脫氮工藝中污泥產量的15%左右，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。

短程硝化-厭氧氨氧化工藝

這一過程其關鍵的一步是快速啟動短程硝化工藝且保持穩定的運行效果，即在短程硝化反應器中將氨氮的氧化控制并維持在亞硝態氮階段（即亞硝化階段）。通過調控和優化溫度、水力停留時間、污泥齡、溶解氧（DO）、pH、游離氨（FA）等工作參數強化氨氧化菌（AOB）活性、抑制亞硝酸鹽氧化菌（NOB）活性，提高AOB純度和菌群競爭優勢，可以實現亞硝態氮積累。較低DO濃度、較高pH和較高FA濃度都有利于短程硝化過程。

短程反硝化-厭氧氨氧化工藝

這一過程的必要條件和關鍵步驟是其中的短程反硝化，因為如果沒有 NO2ˉ產生，就不可能發生厭氧氨氧化反應（簡化為NH4*+NO2ˉ→N2+2H2O)，而在缺氧池中，又不存在好氧條件及其短程硝化（NH4+至NO2ˉ）來產生NO2ˉ，因此，只能以污水中的有機物作為電子供體，通過短程反硝化將回流污泥和內回流硝化液中的NO3ˉ還原為NO2ˉ，同時利用來源于污水并過量存在于厭氧和缺氧池的NH4+，形成與促進部分Anammox反應過程。目前，短程反硝化耦合厭氧氨氧化技術在西安四污已經實現規?；瘧茫?/p>

彭永臻院士：短程反硝化或是城市污水厭氧氨氧化的研究方向

在第14屆水處理行業熱點技術論壇上舉辦了主題為“城鎮污水處理行業的提質增效”和“城鎮污水處理新技術發展方向”的圓桌對話環節上，中國工程院院士、城鎮污水深度處理及資源化利用技術國家工程實驗室主任、北京工業大學環境學科首席教授彭永臻等進行了多方面的討論，提出了各自獨到的見解。

彭永臻：首先我拋磚引玉，把近兩年對城市污水處理脫氮技術的一些想法分享給大家。目前城市污水脫氮技術發展得很快，但主流厭氧氨氧化應用幾乎還是零。厭氧氨氧化技術主要有3個特點：一是附著性，厭氧氨氧化技術中存在的顆粒污泥和填料使得懸浮污泥很難進行培養。二是該技術需要較高的溫度，32℃最好，低溫則不行。三是增殖速度非常慢。城市污水一般存在低氨氮、低溫、大水量等特點，而正因為這三個理由，厭氧氨氧化技術在城市污水處理應用中受到了很大的阻礙。

但厭氧氨氧化技術也有其優勢所在。目前主流城市污水脫氮技術存在一大難點，就是能耗高、消耗大。厭氧氨氧化可以把一半左右的氨氮氧化為亞硝酸根，然后在厭氧氨氧化作用下還原為氮氣，這對于城市污水處理的節能是非常有利的。眾所周知，新加坡的氣溫較高，很適用于厭氧氨氧化技術，但那里依舊有許多厭氧氨氧化技術工程被廢棄，可見該技術在城市污水處理中推廣難度之大。所以，將厭氧氨氧化技術徹底應用于城市污水處理之中還任重道遠。

最后談一下我們團隊正在研究的短程反硝化技術，這個技術對于未來厭氧氨氧化技術的應用推廣十分重要。短程反硝化是將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽的過程，在污水處理中，短程反硝化過程可以縮短厭氧氨氧化反應時間，提高厭氧氨氧化的脫氮效率，同時減少有機碳源的需求。例如，A2O回流百分之百的污泥，內循環后就是百分之二百，在缺氧厭氧條件下去除1毫升的氨氮，將伴隨去除1.32毫升的亞硝，亞硝把回流液中的硝酸氮還原為亞硝酸氮，這樣一共就能去除近8毫升的總氮，非?？捎^。因此從這個意義上來說，短程反硝化有可能是今后城市污水厭氧氨氧化的研究重點。