近年來，污水脫氮技術(shù)成為當(dāng)今研究的熱點。而生物脫氮法與物理、化學(xué)法相比，以高效率、低成本、無二次污染等不可比擬的優(yōu)點被人們廣泛認(rèn)可。生物脫氮是指通過硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的聯(lián)合作用使污水中的含氮污染物轉(zhuǎn)化為氮氣的過程，效果的優(yōu)劣與所采用的菌株的特性密切相關(guān)。傳統(tǒng)生物脫氮工藝認(rèn)為，硝化細(xì)菌是自養(yǎng)需氧型，而反硝化細(xì)菌是異養(yǎng)厭氧型，且由于所需條件不同需在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行脫氮，出現(xiàn)了以硝化-反硝化為基礎(chǔ)的多個反應(yīng)器的生物脫氮工藝，如后置反硝化A/O、A2/O以及改進(jìn)的UCT、JBH、連續(xù)流新型厭氧-交替好氧/缺氧（AAA）等。這些傳統(tǒng)脫氮工藝在廢水處理方面起到了一定的作用，但存在一些缺陷。近年來，好氧反硝化菌不斷被發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)研究認(rèn)為，好氧反硝化菌是好氧或兼性好氧，以有機碳源為能源的異氧硝化菌。它可以利用氧和硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體進(jìn)行呼吸作用，世代周期短、繁殖速度快，能大大提高反硝化能力，有助于解決傳統(tǒng)生物脫氮工藝啟動時間長、要求條件苛刻以及硝化與反硝化不能同時在一個反應(yīng)器中進(jìn)行等缺點。目前，隨著生活水平的提高，生活污水呈現(xiàn)出低C/N的趨勢，而傳統(tǒng)脫氮需要補償堿度以及外加碳源，反硝化階段積累的硝酸鹽以及亞硝酸鹽會對硝化反應(yīng)造成抑制，且占地面積大、基建費用和能耗較高。好氧反硝化脫氮技術(shù)作為一種新型的脫氮技術(shù)，以其低能耗的特點在處理低碳氮生活污水方面有著重要的現(xiàn)實意義。本研究采用好氧反硝化菌強化序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR），以實際生活污水為處理對象，研究反應(yīng)器啟動以及不同污水C/N對污水處理系統(tǒng)脫氮、除碳的性能影響，其研究結(jié)果可為好氧反硝化菌劑在強化污水脫氮處理中的應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1．1 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。SBR主體由有機玻璃制成，總體積3．4L，有效容積2．8L，整個實驗過程在室溫（20～25℃）下運行。本實驗建有2個完全相同的反應(yīng)器，SBR1接種普通活性污泥的同時，投加SBR體積20％的好氧反硝化菌泥，作為強化組；SBR2只接種相同量的活性污泥，作為對照組。兩反應(yīng)器在相同條件下啟動、運行。

1．2 脫氮強化菌

高效異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌（編號TN-05）來自成都信息工程學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院實驗室，結(jié)合菌株TN-05生理生化特征及其16SrDNA序列分析，鑒定該菌株為門多薩假單胞菌（Pseudomonas mendocina）。該菌株具有良好的脫氮、除碳能力。

1．3 接種污泥

接種污泥取自西南航空港污水處理廠二沉池污泥，絮狀，呈黃褐色，污泥懸浮液質(zhì)量濃度（MLSS）為3 008．84mg/L，污泥體積系數(shù)（SVI）為153．43mL/g，具備良好的沉降性能。

1．4 實驗用水

采用校園生活污水作為實驗用水。為實驗需求，添加不同量的葡萄糖、NH4Cl以及KH2PO4調(diào)節(jié)生活污水碳、氮、磷的比例。SBR啟動期，加入微量酵母浸膏以及Fe2+、Cu2+等。生活污水主要污染指標(biāo)見表1。

1．5 反應(yīng)器操作方法

反應(yīng)器運行周期為6．5h，其中進(jìn)水5min，曝氣240min，缺氧攪拌120min，靜止沉降20min（10d后逐步縮短時間為15、10、5min），排水5min。每周期排水1．4L。每天運行2個周期，其余時間閑置。曝氣量控制在0．3L/min。定期測定兩反應(yīng)器進(jìn)出水的COD、NH4+-N、TN、MLSS和沉降性能等指標(biāo)。

1．6 分析方法

COD采用微波消解法測定；TN 按照《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（GB11894—1989）測定；NH4+-N按照《水質(zhì)氨氮的測定水楊酸分光光度法》（HJ 536—2009）測定；TP按照《水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法》（GB11893—1989）測定；pH 按照《水質(zhì)pH 值的測定玻璃電極法》（GB 6920—1986）測定；MLSS采用濾紙重量法測定；SVI以污泥沉降比（SV）計算；采用顯微鏡觀察污泥形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2．1 啟動階段（1～21d）

2．1．1 反應(yīng)器啟動過程COD的去除情況

反應(yīng)器啟動階段COD及其去除率的變化情況如圖2所示。在反應(yīng)器開始啟動前3天，SBR1對COD的去除率不高，原因可能在于好氧反硝化菌投加到SBR后，和原有的活性污泥中微生物種群有一定的競爭，并對廢水環(huán)境有一個適應(yīng)的過程。第4天，SBR1對COD的去除率有較大的提高，從第1天的40．39％提高到82．48％。啟動過程中，在第8、17天出現(xiàn)了兩次進(jìn)水COD的大幅度提高，但SBR1對COD的去除率基本維持在80％左右，說明好氧反硝化菌的投加對于系統(tǒng)COD負(fù)荷的提高具有一定的適應(yīng)能力。而SBR2對COD去除率在反應(yīng)器啟動的第4天出現(xiàn)較大的提高后又降低，從第1天的43．23％提高到第4天的81．44％，之后第5天下降到62．66％，隨后稍微趨于穩(wěn)定，去除率在62．34％～79．68％波動。綜上，兩反應(yīng)器經(jīng)過3d的適應(yīng)，在反應(yīng)器啟動運行的4～21d內(nèi)，在進(jìn)水COD 平均為317．88mg/L時，SBR1出水COD平均為55．65mg/L，平均去除率為82．54％；SBR2出水COD平均為91．95mg/L，平均去除率為71．12％�？梢钥闯觯琒BR1的除碳效果明顯高于SBR2。這是因為SBR1中投加了菌株TN-05，此菌體在SBR中大量繁殖，其新陳代謝消耗大量的有機物。

2．1．2 反應(yīng)器啟動過程中NH4+-N的去除情況

反應(yīng)器啟動階段NH4+-N及其去除率變化情況如圖3所示。在啟動第1天，SBR1對NH4+-N的去除率就已經(jīng)達(dá)到90％以上，說明微生物對NH4+-N環(huán)境適應(yīng)很快，而SBR2對NH4+-N 的去除率在啟動第4天才達(dá)到90％以上，說明SBR1較SBR2有更快的適應(yīng)能力。但整個反應(yīng)器啟動階段，SBR1、SBR2對NH4+-N的去除效果相差不大，平均去除率分別為94．96％、89．71％；SBR1對NH4+-N的最高去除率可達(dá)到98．33％，略高于SBR2（96．89％）。

2．1．3 反應(yīng)器啟動過程中TN的去除情況

從圖4可以看出，隨著馴化過程的進(jìn)行，SBR1對TN的去除率波動上升，從第1天的34．88％提高到第4天的66．57％，第17天升高到79．37％，然后逐漸趨于穩(wěn)定，TN去除率在第19天最高達(dá)到81．42％。而SBR2對TN的去除率在整個啟動過程中的總體上升趨勢不大，在第14天TN去除率出現(xiàn)最大值，僅為53．70％，然后從第17天開始穩(wěn)定在45％左右。整個啟動和運行初期，SBR1對TN 的平均去除率為63．21％，而SBR2對TN的平均去除率為44．19％，污水經(jīng)兩反應(yīng)器處理后，TN都有一定程度的下降，說明兩反應(yīng)系統(tǒng)都發(fā)生了同步硝化-反硝化現(xiàn)象。曲洋等、張小玲等、彭趙旭等的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。本實驗中，對于SBR1來講，由于好氧反硝化菌的投加，能有效分解生活污水中有機碳以獲得能量，體現(xiàn)明顯的脫氮效果。

2．2 不同C/N對反應(yīng)器脫氮除碳的影響（22～65d）

廢水的C/N是影響生物脫氮工藝的重要參數(shù)。從圖5可以看出，當(dāng)C/N為4∶1（質(zhì)量比，下同）和6∶1時，兩反應(yīng)器對COD 和TN 的去除率均低于C/N為8∶1、10∶1和12∶1時，同時SBR1對COD和TN的去除率明顯高于SBR2。當(dāng)C/N為8∶1時，SBR1對COD和TN的去除效果達(dá)到最好，對兩者的平均去除率分別達(dá)到85．31％和61．14％，而SBR2對兩者的平均去除率分別達(dá)到72．34％和33．42％。原因在于SBR1中投加了具有脫氮除碳功能的好氧反硝化菌，加強了反應(yīng)器內(nèi)同步硝化-反硝化的作用，異養(yǎng)硝化-好氧反硝化型污泥增殖，導(dǎo)致SBR1 對COD 和TN 的去除效果明顯好于SBR2。同時，在整個不同C/N運行工況下，SBR1的出水NH4+-N基本在0．5mg/L以下，NH4+-N去除率均接近100％；SBR2在C/N為4∶1和6∶1時出水NH4+-N有所波動，但是對NH4+-N的去除基本能維持在85％～98％。在本實驗范圍內(nèi)，C/N對兩反應(yīng)器中NH4+-N的去除影響不大。當(dāng)C/N為10∶1和12∶1時，兩反應(yīng)器對COD去除效果的差距縮小，SBR1 對COD 的平均去除率分別為79．50％和80．80％，SBR2對COD的平均去除率分別為73．30％和72．20％；SBR1對TN 的平均去除率分別為58．98％和51．64％，明顯高于SBR2。SBR1對污水中的COD、TN的去除效果均比SBR2好，且所投加的好氧反硝化菌抗沖擊負(fù)荷能力強，并能適應(yīng)較低C/N的污水環(huán)境。整個運行期間，SBR1、SBR2對NH4+-N的去除效果差別不大，平均去除率分別為99．31％、96．89％。

2．3 不同階段污泥指標(biāo)的變化及顆�；�

MLSS是表征系統(tǒng)微生物數(shù)量的重要指標(biāo)，兩反應(yīng)器內(nèi)MLSS均隨著反應(yīng)器運行時間延長而有不同程度增加（見圖6）。SBR1運行到第20天時，MLSS 從剛接種時的3 008．84 mg/L 增長到4 118．40mg/L，而在隨后運行之間過程中，增長速率較慢；SBR2中MLSS在啟動階段增殖較明顯，從最初的3 008．84mg/L增長到第20天的3 992．70mg/L，而在運行到第22～35天時，由于進(jìn)水的C/N調(diào)為4∶1和6∶1，低C/N的生活污水不利于普通活性污泥的增殖，導(dǎo)致MLSS有一個下降，直到運行到第50天后，進(jìn)水的C/N調(diào)為10∶1和12∶1，MLSS重新表現(xiàn)出明顯的增長。SVI是表征污泥沉降性能的指標(biāo)，SBR1內(nèi)SVI從接種時的153．43mL/g降到83．60mL/g（30d），當(dāng)運行到第60天時，SVI降為64．21mL/g；而SBR2內(nèi)SVI在整個啟動運行期間，總體略有下降，比SBR1內(nèi)的污泥沉降性能略差。原因在于，在反應(yīng)器啟動運行期間，SBR1內(nèi)投加的好氧反硝化菌的世代時間明顯短于自養(yǎng)型硝化細(xì)菌，對廢水水質(zhì)變化適應(yīng)能力強，能在低C/N的生活污水中快速增殖，保持了很好的MLSS，并在水力剪切條件、縮短沉降時間以及污泥中產(chǎn)絮微生物的作用下，促使污泥在短時間內(nèi)實現(xiàn)了顆�；�，隨著顆�；�程度的不斷加強，其污泥沉降性能明顯變好。在反應(yīng)器運行第10 天左右時，SBR1內(nèi)出現(xiàn)了顆粒污泥雛形，雖然出現(xiàn)了顆粒污泥，但是其表面仍然很松散，顆粒污泥晶核較模糊（見圖7（a））；當(dāng)反應(yīng)器啟動運行到第20天時，顆粒污泥形成加快，顆粒污泥表面不再模糊，并且也能較清晰地觀察到顆粒污泥的大�。ㄒ妶D7（b））；第30天時，顆粒污泥逐漸增大，數(shù)量增多，并且能抗一定的水力剪切，顆粒污泥緊密（見圖7（c））；第35天，顆粒污泥有很明顯的晶核，屬于成熟的顆粒污泥（見圖7（d））。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

（1）在反應(yīng)器的啟動階段，SBR1對COD 和TN的平均去除率明顯好于SBR2，好氧反硝化菌能在反應(yīng)器中大量繁殖，其新陳代謝消耗大量的有機物，并高效除氮。

（2）在C/N為4∶1、6∶1時，SBR1對COD和TN的去除效果明顯好于SBR2；當(dāng)C/N為8∶1時，SBR1對COD和TN的去除效果達(dá)到最好，對兩者的平均去除率分別達(dá)到85．31％和61．14％；當(dāng)C/N為10∶1和12∶1時，兩反應(yīng)器對COD去除效果的差距縮小，但SBR1對TN 的去除效果仍然明顯高于SBR2；在整個不同C/N運行工況下，SBR1的出水NH4+-N基本在0．5 mg/L 以下，去除率均接近100％。好氧反硝化菌能耐受更低的C/N，形成的顆粒污泥強化了脫氮除碳效果。整個運行期間，SBR1、SBR2對NH4+-N的去除效果差別不大，平均去除率分別為99．31％、96．89％。

（3）SBR1內(nèi)投加的好氧反硝化菌，能在低C/N的污水中快速增殖，保持了很好的MLSS，維持在4 500mg/L左右。隨著反應(yīng)器的運行，污泥在35d內(nèi)形成成熟的顆粒污泥，顆粒化的程度不斷加強，其污泥沉降性能明顯變好，最后SBR1中SVI達(dá)到64．21mL/g。