微生物在自然界中主要扮演垃圾清道夫的作用。在污水治理中利用生化方法去除COD、BOD、氨氮、磷等污染物时会利用到各种各样的微生物，不同的微生物在不同的污染物的降解中都发挥不同的作用，比如厌氧菌能够适应高浓度的废水在厌氧条件下发挥水解酸化作用有效降低污染物浓度，聚磷菌则可以将污水中的磷元素收集到细胞内达到除磷的效果。本文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的作用。
好氧氨氧化细菌是能够在有氧条件下将水中氨氮氧化为硝酸盐的细菌。在这个转化的过程当中主要分为两个步骤，同时也是两类的细菌共同发挥作用才能达成目的。一类是能够将将氨氮氧化为亚硝酸盐的亚硝化细菌，一类是将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的硝化细菌，目前为止尚未发现能够将氨氮直接一步氧化为硝酸盐的细菌。
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个种属，而每一个不同的种类其生长环境和对氨氮的氧化条件都不同。从性状上来看可分为球菌、杆菌、螺旋菌以及弧菌等微小细菌，其大小只有人的头发直径的一百分之一左右，在试验中显微观察时需要用到油镜放大100倍才能看到如头发直径大小的菌体。
为什么亚硝化细菌和硝化细菌的菌体这么小呢？从微生物学研究的规律发现原来是由这两类细菌的生长代谢方式决定的。亚硝化细菌和硝化细菌都是化能自养型细菌，他们能够分别利用水体中的溶解氧将水中的氨氮和亚硝酸盐进行氧化，然后利用氧化作用产生的能量进行合成代谢，即将溶解在水中的CO2进行固定和还原为细胞自身生长所需要的有机物，当然这个生长的过程也会利用到一部分氨氮合成氨基酸、蛋白质、核酸等含氮的有机物，但是这不是硝化细菌去除水中氨氮的主要方式。因为细胞生长需要大量的能量，这些能量只能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量较少，所以需要氧化大量的氨氮和亚硝酸盐才能够满足细胞生长的需求。所以氧化作用才是水体中硝化细菌将氨氮转化的主要方式。也正是因为氧化作用产生的能量少所以硝化细菌为了适应这种生存条件才进化了成为这种体积小的细胞形态以适应生存环境。
同时也因为好氧氨氧化作用产生的能量少所以硝化细菌生长速度慢。在亚硝化细菌在氧化氨氮称为亚硝酸盐时获取的能量比硝化细菌氧化亚硝酸为硝酸盐更多，所以亚硝化细菌生长速度要比硝化细菌快很多，目前在好氧氨氧化作用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长，一般达到10～20d之久，而一般的细菌生长世代时间一般都在1d左右，甚至更短。
由于硝化细菌特殊的代谢方式所以它们对生长的环境有独特的要求。硝化细菌对水质的pH也较为敏感，需要在弱碱性条件下生长，最适pH一般在7.5-8.5之间，能够适应pH 7-9的水质，在硝化细菌生长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明显的抑制作用。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为40～170 ppm时表现最佳活力，硝化细菌在亚硝态氮浓度为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长。还有自养的硝化细菌对水体中有机物的耐受性能一般都不好，过高的有机物浓度会抑制硝化细菌的活性。
了解硝化细菌的生长特性之后可以很容易理解它们在生化处理工艺上的应用。经典的氨氧化工艺为A/O工艺，这套工艺利用了硝化细菌和反硝化细菌的协同作用将氨氮转化为N2。硝化细菌在好氧段将氨氮氧化为硝态氮，进入厌氧段后反硝化细菌利用水体的有机物将硝态氮还原为N2。在污水处理中硝化细菌和反硝化细菌在空间上其实没有严格的区分，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表现出来而已，反之亦然。这个可以在SBR和氧化沟工艺中得到明显的体现。当SBR处于曝气阶段时硝化细菌表现活性将氨氮氧化，曝气结束后由于水体中活性污泥浓度高，耗氧菌会快速消耗完水体存余溶解氧使水体进入厌氧阶段，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区的设置也是利用了同样的原理。
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长世代时间是一致的，这样控制有利于生化池中硝化细菌浓度保持稳定。还有在实际的污水处理过程中由于水量大，所以经过硝化细菌处理后出水的pH不会有明显的变化，所以只要保持进水pH达到硝化细菌生长的要求即可。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中应用范围广，在生活污水、食品、养殖、印染、皮革等领域污水处理中皆有应用。在应用方式上也是多种多样，例如氧化沟、SBR、A/O，A2/O、接触氧化、MBR等生化工艺中都可以发现硝化细菌的影子。
好氧氨氧化处理工艺虽然会延长污泥龄来适应硝化细菌生长慢的特点，但是硝化细菌由于体积小所以在污水处理中极容易流失。因此现在开发了补加硝化菌菌剂、使用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。在生化前端使用化学药剂去除重金属解决这一问题。
综上所言可以知道硝化细菌在生化工艺上应用广泛，只要能够结合硝化细菌的特点合理设计工艺，以及在运行过程中调控得当氨氮的去除就能做到稳定达标。
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