什么是短程硝化和短程反硝化？

短程硝化

短程硝化，即在生物脱氮过程中，通过特定的工艺手段，使得氨氮的氧化仅进行到亚硝酸盐阶段。也就是说，氨氮（NH₄⁺）被氧化成亚硝酸盐（NO₂⁻）后，便不再进一步被氧化成硝酸盐（NO₃⁻）。这一过程依赖于氨氧化菌（AOB）的活性强化，同时有效抑制了硝化菌（NOB）的活性。短程硝化不仅减少了氧气消耗和碳源需求，还降低了后续反硝化阶段的负荷，从而提升了整个系统的脱氮效率。

影响短程硝化的因素及其优化策略包括：严格控制DO浓度在5-5 mg/L范围内，以抑制硝化细菌并促进氨氧化菌的生长；保持适宜的温度（20-30℃）和中性至弱碱性的pH环境，以利于短程硝化的稳定运行；通过适当缩短污泥龄（SRT）来选择性地培养出短程硝化菌群；以及维持稳定的氨氮负荷，避免对短程硝化系统的冲击。

短程反硝化

短程反硝化则是指将硝酸盐或亚硝酸盐直接还原为氮气（N₂），从而跳过了常规反硝化过程中的NO₃⁻还原为NO₂⁻的步骤。这一过程需要特殊的反硝化菌种，它们能在缺氧环境下直接利用亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化反应。短程反硝化不仅减轻了传统反硝化过程中产生的一氧化氮（NO）对环境的影响，还提高了总氮的去除率，并减少了有机碳源的投入。

影响短程反硝化的关键因素及其优化策略包括：确保严格的缺氧条件，将DO控制在5 mg/L以下；维持pH在0-0的范围内，以利于短程反硝化菌的生长和活性；提供适宜的温度（20-30℃），以提高反硝化的速率；以及选择易降解且高效的碳源，并适当增加供碳量，以促进短程反硝化的进行。

反应器内流态与混合的调控：确保反应器内部混合均匀，以防止局部区域氧浓度过高。

如何实现短程硝化与反硝化的微生物群落调控？

溶解氧的精细控制：通过严格控制反应器内的溶解氧浓度，维持在一个既能支持氨氧化菌（AOB）正常工作又能有效抑制硝化菌（NOB）生长的水平。

环境条件的优化：根据不同微生物种群的环境适应性，通过调整反应器的温度和pH值，来促进目标菌群的活性，例如，某些特定的AOB在特定温度或pH范围内表现出更高的活性。

SRT和HRT的合理设定：通过恰当设定生物反应器的污泥龄和水力停留时间，可以有效地富集AOB并抑制NOB的增殖。

交替曝气与缺氧处理的运用：采用间歇曝气或分段处理方式，为短程硝化和反硝化创造适宜的环境条件，例如，在好氧条件下完成氨氮到亚硝酸盐的转化，随后迅速转为缺氧或厌氧条件，促使亚硝酸盐直接还原为氮气。

抑制剂的利用：使用某些化学物质，如甲醇、异丙醇等，作为NOB的抑制剂，有效抑制其活性，从而促进短程硝化的实现。

碳源投加策略的制定：通过合理的碳源投加，调控反硝化过程，使亚硝酸盐优先于硝酸盐作为电子受体被利用，实现短程反硝化。