微生物(wù)在自然界中主要扮演垃圾清道夫的作用(yòng)。在污水治理(lǐ)中利用(yòng)生化方法去除COD、BOD、氨氮、磷等污染物(wù)时会利用(yòng)到各种各样的微生物(wù)，不同的微生物(wù)在不同的污染物(wù)的降解中都发挥不同的作用(yòng)，比如厌氧菌能(néng)够适应高浓度的废水在厌氧条件下发挥水解酸化作用(yòng)有(yǒu)效降低污染物(wù)浓度，聚磷菌则可(kě)以将污水中的磷元素收集到细胞内达到除磷的效果。本文(wén)将简要介绍氨氮去除菌中的好氧氨氧化细菌的特点及其在污水处理(lǐ)的作用(yòng)。
好氧氨氧化细菌是能(néng)够在有(yǒu)氧条件下将水中氨氮氧化為(wèi)硝酸盐的细菌。在这个转化的过程当中主要分(fēn)為(wèi)两个步骤，同时也是两类的细菌共同发挥作用(yòng)才能(néng)达成目的。一类是能(néng)够将将氨氮氧化為(wèi)亚硝酸盐的亚硝化细菌，一类是将亚硝酸盐氧化為(wèi)硝酸盐的硝化细菌，目前為(wèi)止尚未发现能(néng)够将氨氮直接一步氧化為(wèi)硝酸盐的细菌。
从目前对亚硝化细菌和硝化细菌的研究中发现了这两类细菌每一类都包含不同的多(duō)个种属，而每一个不同的种类其生長(cháng)环境和对氨氮的氧化条件都不同。从性状上来看可(kě)分(fēn)為(wèi)球菌、杆菌、螺旋菌以及弧菌等微小(xiǎo)细菌，其大小(xiǎo)只有(yǒu)人的头发直径的一百分(fēn)之一左右，在试验中显微观察时需要用(yòng)到油镜放大100倍才能(néng)看到如头发直径大小(xiǎo)的菌體(tǐ)。
為(wèi)什么亚硝化细菌和硝化细菌的菌體(tǐ)这么小(xiǎo)呢(ne)？从微生物(wù)學(xué)研究的规律发现原来是由这两类细菌的生長(cháng)代謝(xiè)方式决定的。亚硝化细菌和硝化细菌都是化能(néng)自养型细菌，他(tā)们能(néng)够分(fēn)别利用(yòng)水體(tǐ)中的溶解氧将水中的氨氮和亚硝酸盐进行氧化，然后利用(yòng)氧化作用(yòng)产生的能(néng)量进行合成代謝(xiè)，即将溶解在水中的CO2进行固定和还原為(wèi)细胞自身生長(cháng)所需要的有(yǒu)机物(wù)，当然这个生長(cháng)的过程也会利用(yòng)到一部分(fēn)氨氮合成氨基酸、蛋白质、核酸等含氮的有(yǒu)机物(wù)，但是这不是硝化细菌去除水中氨氮的主要方式。因為(wèi)细胞生長(cháng)需要大量的能(néng)量，这些能(néng)量只能(néng)够通过对氨氮和亚硝酸盐的氧化来获取，但是在氨氮和亚硝酸盐的氧化过程中产生的能(néng)量较少，所以需要氧化大量的氨氮和亚硝酸盐才能(néng)够满足细胞生長(cháng)的需求。所以氧化作用(yòng)才是水體(tǐ)中硝化细菌将氨氮转化的主要方式。也正是因為(wèi)氧化作用(yòng)产生的能(néng)量少所以硝化细菌為(wèi)了适应这种生存条件才进化了成為(wèi)这种體(tǐ)积小(xiǎo)的细胞形态以适应生存环境。
同时也因為(wèi)好氧氨氧化作用(yòng)产生的能(néng)量少所以硝化细菌生長(cháng)速度慢。在亚硝化细菌在氧化氨氮称為(wèi)亚硝酸盐时获取的能(néng)量比硝化细菌氧化亚硝酸為(wèi)硝酸盐更多(duō)，所以亚硝化细菌生長(cháng)速度要比硝化细菌快很(hěn)多(duō)，目前在好氧氨氧化作用(yòng)中主要的瓶颈也在于硝化细菌对亚硝酸盐的氧化效率。硝化细菌的世代时间很(hěn)長(cháng)，一般达到10～20d之久，而一般的细菌生長(cháng)世代时间一般都在1d左右，甚至更短。
由于硝化细菌特殊的代謝(xiè)方式所以它们对生長(cháng)的环境有(yǒu)独特的要求。硝化细菌对水质的pH也较為(wèi)敏感，需要在弱碱性条件下生長(cháng)，最适pH一般在7.5-8.5之间，能(néng)够适应pH 7-9的水质，在硝化细菌生長(cháng)过程中会消耗碱度使水质pH下降，在pH 6以下时会对硝化细菌有(yǒu)明显的抑制作用(yòng)。在对温度的适应性上，硝化细菌在5～42℃之间都表现出活性，但是在25-35 ℃之间活力最高。在对氨氮和亚硝酸盐的耐受情况上，亚硝化细菌在氨氮浓度為(wèi)40～170 ppm时表现最佳活力，硝化细菌在亚硝态氮浓度為(wèi)90～1400 ppm时表现最佳活力，氨氮和亚硝态氮的浓度过高也不利于硝化细菌的生長(cháng)。还有(yǒu)自养的硝化细菌对水體(tǐ)中有(yǒu)机物(wù)的耐受性能(néng)一般都不好，过高的有(yǒu)机物(wù)浓度会抑制硝化细菌的活性。
了解硝化细菌的生長(cháng)特性之后可(kě)以很(hěn)容易理(lǐ)解它们在生化处理(lǐ)工艺上的应用(yòng)。经典的氨氧化工艺為(wèi)A/O工艺，这套工艺利用(yòng)了硝化细菌和反硝化细菌的协同作用(yòng)将氨氮转化為(wèi)N2。硝化细菌在好氧段将氨氮氧化為(wèi)硝态氮，进入厌氧段后反硝化细菌利用(yòng)水體(tǐ)的有(yǒu)机物(wù)将硝态氮还原為(wèi)N2。在污水处理(lǐ)中硝化细菌和反硝化细菌在空间上其实没有(yǒu)严格的區(qū)分(fēn)，它们在好氧段和厌氧段都存在，只是当进入好氧段后硝化细菌表现出活性而反硝化菌的活性受到抑制没有(yǒu)表现出来而已，反之亦然。这个可(kě)以在SBR和氧化沟工艺中得到明显的體(tǐ)现。当SBR处于曝气阶段时硝化细菌表现活性将氨氮氧化，曝气结束后由于水體(tǐ)中活性污泥浓度高，耗氧菌会快速消耗完水體(tǐ)存余溶解氧使水體(tǐ)进入厌氧阶段，这时候反硝化细菌就会表现活性将硝态氮还原。氧化沟中的好氧和厌氧區(qū)的设置也是利用(yòng)了同样的原理(lǐ)。
在好氧氨氧化的调控中污泥龄一般在10-30d之间，这个时间与硝化细菌的生長(cháng)世代时间是一致的，这样控制有(yǒu)利于生化池中硝化细菌浓度保持稳定。还有(yǒu)在实际的污水处理(lǐ)过程中由于水量大，所以经过硝化细菌处理(lǐ)后出水的pH不会有(yǒu)明显的变化，所以只要保持进水pH达到硝化细菌生長(cháng)的要求即可(kě)。硝化细菌对温度的适应范围大，所以对一年四季的气候适应性强。因此硝化细菌在污水治理(lǐ)中应用(yòng)范围广，在生活污水、食品、养殖、印染、皮革等领域污水处理(lǐ)中皆有(yǒu)应用(yòng)。在应用(yòng)方式上也是多(duō)种多(duō)样，例如氧化沟、SBR、A/O，A2/O、接触氧化、MBR等生化工艺中都可(kě)以发现硝化细菌的影子。
好氧氨氧化处理(lǐ)工艺虽然会延長(cháng)污泥龄来适应硝化细菌生長(cháng)慢的特点，但是硝化细菌由于體(tǐ)积小(xiǎo)所以在污水处理(lǐ)中极容易流失。因此现在开发了补加硝化菌菌剂、使用(yòng)膜技术截留等方法保持生化池内硝化细菌的浓度稳定以解决氨氮去除不达标，以及氨氮去除不稳定的问题。而且在对重金属的耐受性上硝化细菌表现也较差，这也是生化细菌普遍存在的问题。在生化前端使用(yòng)化學(xué)药剂去除重金属解决这一问题。
综上所言可(kě)以知道硝化细菌在生化工艺上应用(yòng)广泛，只要能(néng)够结合硝化细菌的特点合理(lǐ)设计工艺，以及在运行过程中调控得当氨氮的去除就能(néng)做到稳定达标。
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