1、高氨低碳氮比（C/N）廢水由于氨氮濃度高、碳氮比不足，傳統(tǒng)生物脫氮工藝脫氮除碳效率嚴(yán)重受限，導(dǎo)致出水TN超標(biāo)，其高效處理已成為國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)基于高氨低C/N比廢水的新型脫氮除碳工藝具有重要意義。序批式生物膜反應(yīng)器（SBBR）結(jié)合了SBR及生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高氨低C/N比廢水的處理。然而對(duì)于SBBR處理高氨低C/N比廢水的脫氮新工藝與機(jī)理研究很少。本研究以聚氨酯（PU）海綿為填料，采用SBBR反應(yīng)器處

2、理高氨低C/N比模擬廢水，開(kāi)發(fā)了一種單級(jí)同步好氧氧化、短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化脫氮除碳新工藝，實(shí)現(xiàn)氨氮、總氮和COD同步高效去除，并探索同步脫氮除碳工藝機(jī)制，為高氨低C/N比廢水高效處理的工藝設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本研究取得的主要結(jié)論如下：
　　（1）實(shí)驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行140個(gè)反應(yīng)周期，考察不同運(yùn)行階段R1-R4下PU-SBBR系統(tǒng)對(duì)高氨低C/N比廢水的脫氮除碳效能。結(jié)果表明：R1階段由于HRT長(zhǎng)，氨氮負(fù)荷低，PU-SBBR系

3、統(tǒng)以全程硝化反硝化方式完成對(duì)高氨低C/N比廢水中氨氮及COD的去除，此時(shí)NH4+-N平均去除率98.7％，COD平均去除率89.5%，TN平均去除率39%，亞硝酸鹽累積率小于5%；R2階段隨著氨氮負(fù)荷及曝氣量的增加，亞硝酸鹽累積率提高至92%，COD去除率、氨氮去除率及總氮去除率分別為93%、98%以及65%。在R2階段實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的基礎(chǔ)上，C/N比控制到3，DO維持在1.3 mg/L，R3階段生物膜呈現(xiàn)明顯的淡紅色，此時(shí)氨氮最高

4、去除率為90.7%，亞硝酸鹽累積率為87.5%，COD去除率為94%，總氮最高去除率進(jìn)一步提高至85.6%。氮、碳平衡及化學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)果表明：短程硝化反硝化及厭氧氨氧化分別占TN去除的53.6%及41.2%，71.9%的COD通過(guò)好氧氧化作用去除，其余COD通過(guò)反硝化去除，表明系統(tǒng)出現(xiàn)了好氧氧化-短程硝化-反硝化與厭氧氨氧化的同步耦合；當(dāng)進(jìn)一步提高曝氣量，R4階段厭氧氨氧化作用明顯減弱，氨氮及總氮去除率分別從最高90.7%及85.6%降低

5、至79%及74%。同步好氧氧化、短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化脫氮工藝實(shí)現(xiàn)的最佳工藝參數(shù)為：C/N比為3，進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.188 kg/(m3 d)，COD負(fù)荷為0.563 kg/(m3 d)，曝氣量為200 mL/min，DO為1.3 mg/L。
　　（2）PU海綿填料具有較高孔隙率及比表面積，填料表面粗糙度Rq達(dá)41.31nm，填料結(jié)構(gòu)中含有羥基、胺基及亞胺基等活性基團(tuán)，有利于填料表面微生物的附著與生長(zhǎng)。通過(guò)外觀及SEM觀察發(fā)

6、現(xiàn)：R1-R4階段填料表面生物膜顏色依次為淺黃色、黃褐色、淺紅色及黃褐色。在TN去除率最高的R3階段生物膜結(jié)構(gòu)密實(shí)，微生物相主要以球菌、絲狀菌為主。三維熒光光譜及傅里葉變換紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，較高的色氨酸蛋白類(lèi)物質(zhì)及適量的腐殖酸類(lèi)物質(zhì)的存在有助于促進(jìn)好氧氧化-短程硝化-反硝化與厭氧氨氧化耦合作用的實(shí)現(xiàn)。氧微電極測(cè)試結(jié)果表明：在最佳DO濃度1.3 mg/L下，生物膜內(nèi)部厭氧微區(qū)比例達(dá)到58.1%。過(guò)高和過(guò)低的溶解氧均不利于系統(tǒng)有效厭氧微環(huán)境

7、的形成及同步好氧氧化-短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化的發(fā)生；生物膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部或松散或緊湊并存在著孤立及與外界貫穿的空洞，有利于促進(jìn)生物膜內(nèi)的傳氧傳質(zhì)。氧傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究表明生物膜內(nèi)氧傳質(zhì)系數(shù)為3.3×10-5 m2/d。
　?。?）高通量測(cè)序結(jié)果顯示：變形菌門(mén)（Proteobacteria）及β-變形菌綱（β-Proteobacteria）是PU-SBBR系統(tǒng)處理高氨低C/N比廢水中的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)及優(yōu)勢(shì)菌綱。氨氧化菌（AOB）及亞硝酸鹽氧化

8、菌（NOB）之間及在各階段占細(xì)菌總數(shù)的相對(duì)豐度與系統(tǒng)處理效能關(guān)系密切。亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）及硝化螺菌屬（Nitrospira）分別是AOB及NOB的優(yōu)勢(shì)菌屬。在R3階段檢測(cè)到大量厭氧氨氧化菌科Brocadiaceae厭氧氨氧化菌屬Candidatus Anammoxoglobus的存在，證明系統(tǒng)在R3階段發(fā)生了厭氧氨氧化反應(yīng)，而該菌屬在R4階段豐度明顯減弱。R1-R4四階段系統(tǒng)內(nèi)共檢測(cè)到反硝化菌種類(lèi)28個(gè)，占細(xì)菌總

9、數(shù)的百分比均在30%以上。其中Thauera、Comamonas、Thermomonas、Azospira、Dechloromonas是反硝化菌群的優(yōu)勢(shì)菌屬。RDA分析結(jié)果表明進(jìn)水氨氮負(fù)荷及C/N比是不同階段系統(tǒng)內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)演替及系統(tǒng)好氧氧化-短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)的重要驅(qū)動(dòng)因子。
　?。?） PU-SBBR系統(tǒng)中氨氮及 TN去除較好地符合改進(jìn)型Stover-Kincannon模型；而COD降解更好地符合莫諾接觸氧化動(dòng)力學(xué)

10、模型。根據(jù)最優(yōu)模型結(jié)果，氨氮的最高去除速率為10.2459 kg/(m3 d)，TN最高去除速率為0.1345 kg/(m3 d)，填料單位面積對(duì)COD最高去除速率為0.0084 g/(m2 d)，系統(tǒng)體現(xiàn)出對(duì)高氨低C/N比廢水較高的去除潛力。
　?。?）通過(guò)工藝控制與優(yōu)化，高氨低C/N比廢水在PU-SBBR單級(jí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了好氧氧化、短程硝化、反硝化與厭氧氨氧化的同步耦合，可以達(dá)到對(duì)COD、NH4+-N及TN的同步高效去除，該工藝