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短程硝化反硝化是指NH4+氧化为NO2-后即被还原为N2,省去了NO2-→NO3-和NO3-→NO2-的反应过程,从理论上计算此工艺与传统脱氮工艺相比具有以下优势:(1)在硝化阶段可节约25%左右的需氧量,降低了能耗;(2)在反硝化阶段减少了约40%的有机碳源,降低了运行费用;(3)NO2--N的反应硝化速率通常比NO3--N的反硝化速率高63%左右;(4)减少了50%的污泥产量;(5)反应器容积可减少30%～40%左右;(6)可减少投加碱度和外碳源投量。本文采用SBR反应器,研究了短程硝化的影响因素及三种不同短程硝化反硝化工艺的运行参数调控及脱氮效果;并建立了短程硝化、短程反硝化的动力学模型。试验结果表明:1)在SBR反应器内,控制温度为室温(25℃左右)、pH值为7.5～8.6、DO在2.0mg/L的条件下,逐步提高进水氨氮浓度由50~450mg/L。经过39d驯化后,系统内形成了稳定的全程硝化(NH4+→NO2-→NO3-),氨氮转化率在99%以上。2)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过控制低溶解氧在SBR反应器内成功实现了短程硝化。研究结果表明:DO在0.3～1.0mg/L条件下,进水氨氮浓度维持在450mg/L,很快实现了短程硝化。氨氮转化率在98%左右,亚硝酸积累率稳定在80%以上。3)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过改变投加碱量(以CaCO3计)SBR反应器内实现了短程硝化。研究结果表明:进水氨氮浓度维持在450mg/L,投加23.81g的CaCO3,很快实现了短程硝化。氨氮转化率在98%以上,亚硝酸积累率稳定在85%以上。4)在SBR进入稳定的全程硝化状态后,通过改变DO和pH值在SBR反应器内成功实现了短程硝化。与荷兰Delft大学开发的SHARON工艺相比,更适合实际工程推广应用。5)在SBR反应器内,采用不同回流比(50%、80%)条件下,研究A/O工艺、A/O/A(内碳源)/O工艺、A/O/A(外碳源)/O工艺的脱氮效果。试验结果表明:A/O工艺在回流比80%情况下脱氮效果好,总氮去除率为40.3%;A/O/A(内碳源)/O工艺在回流比50%情况下脱氮效果好,总氮去除率为45.8%;A/O/A(外碳源)/O工艺在回流比50%情况下脱氮效果好,总氮去除率为66.6%。6)通过对短程硝化进行动力学分析,推导出短程硝化阶段的动力学方程,并经过大量实验数据分析,求出其动力学参数。所得动力学方程如下:7)通过对短程反硝化进行动力学分析,推导出短程反硝化阶段的动力学方程,并经过大量实验数据分析,求出其动力学参数。所得动力学方程如下:说明本实验中,由于反应起始和反应过程中COD和NO2- -N浓度远大于饱和常数,所以短程反硝化反应近似于零级反应,亚硝酸盐氮和有机物浓度对反硝化速率影响很小,反硝化速率仅是温度和pH值的函数。