不同曝气方式SBR短程硝化试验研究

苏东霞¹，李冬¹，张肖静²，张功良¹，周元正¹，范丹¹，张杰^{1, 2}

(1. 北京工业大学 水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，北京，100124；

2. 哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨，150090)

摘 要：

20~25 ℃)，分别采用间歇曝气SBR(1号)和连续曝气SBR(2号)，研究4个不同初始DO质量浓度(0.5~1.0，1.5~2.0，2.5~3.0和3.5~4.0 mg/L)下生活污水的亚硝化。研究结果表明：2个反应器的COD去除效果相差不大；运行50 d后，1号反应器的氨氮去除容积负荷比2号的大，且4个DO质量浓度下亚硝化率均在90%以上，而当2号反应器的DO质量浓度为3.5~4.0 mg/L时，亚硝化率由90%逐渐下降至72.9%，后采用间歇曝气经15 d成功使其亚硝化率恢复至90%。间歇曝气反应器内污泥中亚硝化菌的相对数量比连续曝气反应器的多，硝化菌则比连续曝气反应器的小。间歇曝气在节省能耗的同时可以稳定实现较高的氨氧化速率和亚硝化率，是常温生活污水SBR短程硝化长期高效稳定运行的有效手段。

关键词：

常温；生活污水；间歇曝气；连续曝气；短程硝化；SBR；

中图分类号：X703.1          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2014)06-2120-10

Study on partial nitrification with different aeration modes in sequencing batch reactor

SU Dongxia¹, LI Dong¹, ZHANG Xiaojing², ZHANG Gongliang¹,

ZHOU Yuanzheng¹, FAN Dan¹, ZHANG Jie^{1, 2}

(1. Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering,

Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;

2.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,

Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

Abstract: The shortcut nitrification for different initial DO mass concentrations(0.5-1.0, 1.5-2.0, 2.5-3.0 and 3.5-4.0 mg/L) was studied with the intermittent aeration SBR (No. 1) and the continuous aeration SBR (No. 2) treating domestic wastewater at normal temperature of 20-25 ℃. The results show that there are no fundamental real distinctions in COD removal efficiency between No. 1 and No. 2. Also, when the two reactors run for 50 d, the ammonia nitrogen removal volume loading of No. 1 is more than No. 2. The nitrosation rate of 1# is still above 90% during four DO periods, while the nitrosation rate of No. 2 decrease from 90% to 72.9% gradually after the DO mass concentration is increased to 3.5-4.0 mg/L and then it takes 15 d to make the nitrosation rate of No. 2 back to 90% by the use of intermittent aeration. The relative quantity of ammonia oxidizing bacteria is more and the relative quantity of nitrite oxidizing bacteria is less in the intermittent aeration reactor. Therefore, the intermittent aeration which has higher ammonia oxidation rate, then itrosation rate and energy saving, is an effective means to maintain efficient and stable shortcut nitrification of domestic wastewater and at normal temperature for long-term operation of SBR.

Key words: normal temperature; domestic wastewater; intermittent aeration; continuous aeration; shortcut nitrification; SBR

短程硝化是近几年发展起来的一种新型脱氮技术，其与厌氧氨氧化技术组合而成的自养脱氮工艺与传统的全程硝化反硝化工艺相比，可减少需氧量^[1]，无需外加碳源同时污泥产量少^[2]，进而节省运行费用和基建费用，具有显著的可持续性与经济效益^[3]。但是将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段，维持短程硝化系统长期稳定运行较为困难。这主要是由于短程硝化工艺对运行条件和进水水质的要求均十分苛刻，需满足高pH、高温、高FA、低DO质量浓度、短SRT等条件^[4]。高pH、高温的条件只有特种废水才能满足；NOB对高FA所产生的抑制作用会逐渐适应，并且这种适应性是不可逆转的^[5]；低DO质量浓度则会导致较低的氨氧化速率和污泥负荷，且易造成丝状菌污泥膨胀^[6]；短SRT下污泥易流失，且污泥排放量大。上述问题均会影响短程硝化系统的长期稳定运行，进而制约短程硝化技术应用于常温低氨氮生活污水的处理。近年来的研究表明，供氧方式会对硝化过程产生影响^[7-10]。于是相对于传统的连续曝气，有学者提出了间歇曝气的控制方式。在间歇曝气硝化系统中，缺氧环境下AOB和NOB的活性均受到抑制，氨氧化过程受阻，而一旦恢复曝气，经历长期“饥饿”的AOB可以更多地利用氨产能大量增殖，而NOB不能很快恢复活性^[11]；停曝还会使系统中出现短暂的厌氧环境，这种低溶解氧的条件也有利于AOB对基质的竞争^[12]。可见，相比连续曝气，间歇曝气能够更加有效地富集AOB，抑制NOB。目前国内外关于间歇曝气短程硝化的研究主要集中在机理研究以及短程硝化启动影响因素的研究上^[10-15]，并且大部分主要是针对短程硝化-反硝化工艺或同步硝化反硝化工艺，而有关间歇曝气与连续曝气下短程硝化长期稳定运行性能的对比研究鲜见报道。为此，本文作者采用SBR系统地研究间歇曝气与连续曝气下的生活污水短程硝化特性，以期更深入地了解两者之间的区别，探讨在提高氨氧化速率的同时更加有利于常温低氨氮生活污水亚硝化长期高效稳定运行的曝气控制策略，致力于解决目前短程硝化工艺对运行条件和进水水质的苛刻要求及效率低下、不易长期稳定的运行缺点，为其在城市污水处理中得到更广泛的应用提供基础数据与技术支持。

1  材料与方法

1.1  试验装置

试验采用2个完全相同的SBR 1号和2号，试验装置如图1所示。反应器由有机玻璃制成，高为50 cm，直径为15 cm，有效容积为6 L，换水比为73%。在反应器壁的垂直方向设置一排间距为5 cm的取样口，用以取样和排水。反应器底部安装内径为10 cm的曝气环进行微孔曝气，由气泵及气体流量计控制曝气强度。反应器内置搅拌机，以保证泥、水、气混合均匀，此外还安置有在线监测pH和DO质量浓度的探头，保证各参数的实时在线监测。进水、曝气和排水均采用自动控制。

图1  反应器装置图

Fig. 1  Schematic diagram of experimental equipment

1.2  接种污泥与试验用水

接种污泥采用高氨氮配水启动成功的亚硝化污泥，亚硝化率达90%以上，MLSS质量浓度为4 000 mg/L，每个反应器均接种6 L。

试验用水取自北京工业大学教工家属西区化粪池中的生活污水，不再另外投加任何其他物质，水质情况见表1。

表1  试验水质情况(质量浓度)

Table 1  Wastewater characteristics       g/L

1.3  试验方法

采用SBR的运行方式，包括瞬时进水(2 min)、搅拌及曝气(时间根据周期试验结果确定)、沉淀(30 min)、排水(2 min)。每天运行2个周期。在试验阶段不排泥，不对污泥龄进行控制，温度均控制在常温(20~25) ℃。1号反应器曝气方式采用间歇曝气(曝气/停曝时间为30 min/10 min)，2号反应器采用连续曝气。其他运行条件均相同。

首先对接种污泥进行初始性状测定，初始亚硝化率大于90%，COD去除率仅为40%左右，因此，接种的亚硝化污泥中异养菌数量较少，需经过一段适应时期培养以去除污水中的COD，此阶段控制初始DO质量浓度(氨氮氧化初始阶段DO，即周期内pH最高点出现时的DO质量浓度)为0.5~1.0 mg/L，经10 d(20个周期)的培养，出水COD质量浓度可达50 mg/L以下，标志着适应阶段结束。

在一般情况下，为了维持常温条件下生活污水亚硝化的稳定运行，均控制低DO质量浓度条件(ρ(DO)＜1 mg/L)，而低DO质量浓度会使得氨氧化速率较低，污泥负荷较低，并且易导致丝状菌污泥膨胀。本试验通过逐步提高DO质量浓度，探讨间歇曝气与连续曝气在较高DO质量浓度水平下是否能够在提高氨氧化速率的同时维持亚硝化的稳定运行。适应期结束后，逐渐提高初始DO质量浓度水平(0.5~1.0，1.5~2.0，2.5~3.0和3.5~4.0 mg/L)，每个DO质量浓度运行20 d(40个周期)，对比研究间歇曝气与连续曝气下COD和氨氮去除情况及短程硝化的稳定性。

1.4  分析项目与方法

DO质量浓度、温度和pH均采用WTW在线测定仪测定；MLSS采用MODEL711手提式测定仪测定；COD质量浓度采用COD快速测定仪测定。水样分析中NH₄⁺-N质量浓度测定采用纳氏试剂光度法，NO₂^--N质量浓度采用N-(1-萘基)乙二胺光度法，NO₃^--N质量浓度采用紫外分光光度法，其余水质指标的分析方法均采用国标方法^[16]。

本试验中亚硝化率η₁、氨氧化率η₂及硝氮生成速率v按下式计算：

式中：为进出水亚硝酸盐氮的质量浓度差；为进出水硝酸盐氮的质量浓度差；为进出水氨氮的质量浓度差；为进水氨氮质量浓度；为t时段内的硝氮生成量。以上各量单位均为mg/L。ρ(MLSS)为混合液悬浮固体质量浓度，单位为g/L；t为时间，单位为h。

1.5  烧杯试验方法

为比较2种曝气方式下活性污泥中NOB的被抑制程度，在氧充足的条件下比较2个反应器污泥中NOB的相对数量。具体操作方法为：于反应结束后的1号和2号反应器中分别取1 L泥水混合液置于2个相同的烧杯内，进行连续曝气，控制DO质量浓度为7.0~8.0 mg/L，并且配置相同浓度的亚硝酸盐溶液，在相同条件下曝气进行空白对照。每隔一段时间取样测定三氮质量浓度，计算硝氮生成速率，即单位时间单位污泥浓度的硝氮生成量，通过对比硝氮生成速率定性比较2种条件下活性污泥中NOB的相对数量，从而反映2种曝气方式下亚硝化的稳定性。

1.6  分子荧光原位杂交技术(FISH)

按照Amann的操作方法进行FISH分析^[17]。采用NSO190(β-Proteobacteria AOB)和NIT3(Nitrobacteria) 2种探针对样品进行杂交，并采用OLYMPUSBX52荧光显微镜和Image plus-pro6.0软件对种群数量进行定量分析。

2  结果与讨论

2.1  污染物去除效果对比

2.1.1  COD去除效果对比

由于启动亚硝化污泥采用的是无COD的高氨氮配水，导致接种污泥中的异养菌数量极低，表现在前几个周期内COD去除率较低。因此，种泥需经过一段时间的适应期使异养菌得到增殖，以去除生活污水中的COD，使其出水达到一级A标准(ρ(COD)＜50 mg/L)。图2反映了2种曝气方式下COD的去除情况。

由图2可以看出：第1天时，COD去除率均不到40%；经过10 d的运行，异养菌大量增殖，COD去除率逐渐上升；至第10天时，1号和2号的COD去除率分别达到88%和84%，出水COD质量浓度分别为41 mg/L和50 mg/L，标志着适应期结束。此后，二者COD去除率均在80%以上，而1号间歇曝气的平均COD去除率为89.1%，略大于2号连续曝气的83.7%。分析原因认为，间歇曝气中停曝出现的低DO质量浓度环境使得反硝化菌利用COD进行反硝化作用，从而使间歇曝气系统的COD去除率略高于连续曝气系统的去除率。下面分别从整个试验阶段及某个典型周期内的2个反应器去除的COD及总氮损失的对应情况来论证这一结论。

图2  COD去除效果对比图

Fig. 2  Variations of removal efficiency of chemical oxygen demand

1~90 d内2个反应器的总氮损失情况如图3所示。由图3可以看出：随着DO质量浓度的升高，1号和2号2个反应器的总氮损失均呈下降趋势，1~90 d内的平均值分别为11.6 mg/L和7.6 mg/L，二者差值为4.0 mg/L。Mogens等^[18]研究表明：在缺氧区，每1 mg NO₃^--N反硝化为N₂，大约利用8.6 mg COD，每1 mg的NO₂^--N反硝化为N₂，则需要5.02 mg COD。于是，若反硝化4.0 mg/L NO₂^-，理论上需消耗20.08 mg/L COD。而由图2可知：二者的COD出水平均质量浓度分别为34.5 mg/L和52.5 mg/L，差值为18 mg/L，与理论值20.08 mg/L较接近，这也证明了1号反应器相比于2号多去除的COD正是被反硝化所利用。

图3  总氮损失对比图

Fig. 3  Variations of total nitrogen loss

2种曝气方式下典型周期内(第34天)的COD及总氮质量浓度变化情况如图4所示，反应时间均为270 min。

图4所示为此典型周期内1#和2#反应器的COD出水分别为37 mg/L和50 mg/L，COD去除率分别为85.1%和79.8%。由于反应器是间歇运行，刚进水时活性污泥处于“饥饿”状态，在反应初期便会大量吸附污水中的小分子有机物，因此2个反应器在反应前30 min内去除的COD分别占COD去除总量的72.6%和71.8%，二者相差不大，而在剩余240 min内的COD去除率分别为12.9%和8.1%。后期COD去除效果存在差异的原因在于，1号间歇曝气存在停曝阶段，前3个停曝阶段(30~40 min，70~80 min和110~120 min)的末期DO质量浓度均小于0.2 mg/L，属于缺氧环境，COD有一定去除，消耗COD质量浓度分别为12.8 mg/L，5.7 mg/L和4.0 mg/L；1号前3个停曝阶段的总氮质量浓度损失分别为2.50，1.00和0.75 mg/L，消耗COD与总氮质量浓度损失的比值分别为5.12，5.7和5.3，与5.02较接近。因此，推测1号在前3个停曝阶段存在短程反硝化作用，可以去除一定量的COD，而2#不存在停曝阶段。后240 min内无明显的短程反硝化作用，导致其COD去除率相比于1#稍低。

综上所述，间歇曝气与连续曝气反应器的COD去除效果无较大差别，由于间歇曝气反应器的停曝阶段存在反硝化作用，使其相比于连续曝气反应器的COD去除率略高。

2.1.2  氨氮去除效果对比

第一阶段(1~10 d)的适应期结束后，通过提高初始DO质量浓度，对比各DO质量浓度下间歇曝气与连续曝气反应器的氨氮去除情况。图5所示为1号和2号氨氧化率、氨氮去除容积负荷(ALRv)及污泥负荷(ALRs)随初始DO质量浓度的变化图。

由图5可知：由于生活污水进水的氨氮质量浓度有波动，因此氨氧化率也存在一定的波动性，但整个试验过程中氨氧化率均在80%以上，1号和2号反应器的氨氧化率平均值分别为92.6%和92.1%，因此，氮素基本转化完全。Ⅰ~Ⅳ阶段的初始DO质量浓度分别为0.5~1.0，1.5~2.0，2.5~3.0和3.5~4.0 mg/L，随着初始DO质量浓度的增加，污泥活性提高，氨氮转化速率上升，容积负荷和污泥负荷也均呈上升趋势。1号反应器各阶段的平均氨氮容积去除负荷分别为0.208，0.358，0.556和0.665 kg/(m³·d)，2号分别为0.233，0.380，0.496和0.645 kg/(m³·d)；1#反应器各阶段的平均氨氮污泥去除负荷分别为0.049，0.073，0.114，0.130 kg/(kg·d)，2#分别为0.053，0.083，0.124和0.131 kg/(kg·d)。可见，第Ⅲ和Ⅳ阶段中1号间歇曝气反应器的氨氮去除负荷比2号的大，而其污泥负荷也逐渐与2号的接近。Carlucci等^[19]研究表明：相比于连续曝气系统，间歇曝气系统中AOB产率系数增加，衰减系数降低；蒋轶峰等^[14]对2种硝化菌的生长动力学分析表明：在间歇曝气短程硝化系统中，AOB可以通过产率系数的增加来提高自身在反应器中的绝对生物量，并补偿因间歇曝气引起的比底物利用速率下降，从而使AOB的比增殖速率和氨氮的氧化速率不变。于是，可推断，经过第Ⅰ和Ⅱ阶段的培养，至第Ⅲ和Ⅳ阶段时，间歇曝气中AOB的绝对生物量已经高于连续曝气系统，使得间歇曝气系统的氨氮氧化时间逐渐减小，具有更高的氨氮容积去除负荷。

图4  典型周期内COD、总氮、DO变化对比图

Fig. 4  Profiles of ρ(COD),TN and ρ(DO) in a typicaloperational cycle

图5  不同DO下氨氧化率、氨氮容积去除负荷(ALRv)及污泥负荷(ALRs)变化图

Fig. 5  Variationsofammonia oxidation rate, ammonia nitrogen removal volume load and sludge load under different DO concentrations

因此，虽然间歇曝气系统存在的停曝阶段会使得比底物利用速率下降，使其前50 d的氨氮去除负荷略比连续曝气系统的低，但是经过一段时间的培养，AOB可以通过提高自身在反应器的绝对生物量使氨氮去除负荷增加，最终比连续曝气系统的高。

2.2  亚硝化稳定性对比

2.2.1  亚硝化率

蒋轶峰等^{[14, 19]}研究均表明：间歇曝气的供氧方式更加有利于富集AOB，抑制NOB。本试验通过逐步提高初始DO质量浓度，对比各DO质量浓度下间歇曝气与连续曝气反应器亚硝化的稳定性。图6所示为2种曝气方式在不同DO质量浓度下亚硝化率及总氮损失率对比图。

如图6所示，第Ⅰ~Ⅲ阶段(1~70 d)，1号和2号的亚硝化率均在90%以上，均能维持亚硝化系统的稳定运行。当提高初始DO质量浓度至3.5~4.0 mg/L时，2号的亚硝化率呈逐渐递减的趋势，至第91 d时，已经下降至72.9%。而1号的亚硝化率一直维持在90%以上。自第92 d开始，将2号的曝气方式改为间歇曝气(曝气/停曝时间为30 min/10 min)进行恢复，亚硝化率开始逐渐回升，至第106 d时，亚硝化率重新达到90%，此后连续20 d亚硝化率均未出现下降的趋势。由于初始DO质量浓度的提高使得连续曝气系统中NOB的活性不能被有效抑制，亚硝化遭到破坏；而间歇曝气利用AOB的“饱食饥饿”特性及停曝时出现的低DO环境使得AOB的比增长速率增加，NOB的比增长速率降低，从而更加有利于富集AOB，抑制NOB，不仅可以维持亚硝化的长期稳定运行，而且可以作为一种亚硝化破坏后的恢复策略。

2.2.2  总氮损失

间歇曝气相比于连续曝气其反硝化作用更加明显，二者在1~90 d的平均总氮损失率如图6所示，分别为19.1%和12.2%，反硝化作用会使得产生的硝氮或亚氮转化为氮气，更加有利于维持间歇曝气系统较高的亚硝化率。

由图4可知：典型周期(第34天)内1号和2号的总氮损失分别为10.55 mg和6.18 mg，1号的总氮损失主要集中在第20~30 min以及前2个停曝时间段30~40 min和70~80 min，2号总氮损失主要集中在第20~30 min。1号和2号在第20~30 min内DO质量浓度均小于1.0 mg/L，反硝化菌可以利用COD进行反硝化作用；1号在前2个停曝阶段的DO质量浓度均小于1.0 mg/L，也存在反硝化作用；1号后4个停曝阶段以及2号30 min后由于存在DO升高，碳源不足的问题，反硝化现象均不明显。可见，1号由于存在停曝阶段，总氮损失高于2号，更加有利于维持亚硝化稳定性。

2.2.3  碱度

短程反硝化的反应式为

6NO₂^-+3CH₃OH→3N₂+3H₂O+6OH^-+3CO₂    (1)

由式(1)可知：反硝化过程会产生碱度。由于间歇曝气系统中反硝化作用更强，在反应过程中会产生更大碱度，使其出水碱度大于连续曝气系统，碱度相对更加充足。图7反映了1~90 d内2种曝气方式下进水碱度、出水碱度以及碱度的消耗情况。

如图7所示，1号和2号反应器进出水碱度差的平均值分别为326.6 mg/L和342.3 mg/L(以CaCO₃计)，

二者差值为15.7 mg/L。理论上，反硝化1 mg/L亚氮或硝氮均生成3.57 mg/L(以CaCO₃计)的碱度。2个反应器总氮损失的平均值相差为4.0 mg/L，反硝化4.0 mg/L的亚氮或硝氮生成碱度的理论值为14.28 mg/L，与实际值15.7 mg/L相差不大。这说明两者最终消耗碱度的差别正是由于反硝化过程所致。

短程硝化反应式为

NH₄⁺+1.5O₂→NO₂^－+H₂O+2H⁺       (2)

当[H⁺]降低时，可促进反应正向进行，而增加碱度可中和H⁺，有利于亚硝化反应的进行。陈建伟等^[20]研究表明：在供氧充足的条件下，反应器的氨氮容积去除率与碱度呈正相关。可见，1#间歇曝气反应器中由于反硝化作用产生了部分碱度，使其碱度一直大于2#连续曝气反应器，对氨氮转化更加有利。

图6  不同DO质量浓度下亚硝化率及总氮损失率对比图

Fig. 6  Variations of nitrite accumulation rate and total nitrogen loss rate under different DO mass concentrations

图7  进水碱度、出水碱度及碱度差值对比图

Fig. 7  Profilesof influent and effluentalkalinity and alkalinity difference

综上所述，间歇曝气亚硝化系统相比于连续曝气的优势主要体现在：(1) 经过一段时间的培养，间歇曝气亚硝化系统的氨氮去除容积负荷比连续曝气系统的高；(2) 间歇曝气不仅可以长期维持较高的亚硝化率，还可以作为连续曝气亚硝化破坏后的一种恢复策略；(3) 在效率不低于连续曝气的条件下，间歇曝气还能够节能降耗，有利于亚硝化系统的高效运行。

因此，间歇曝气亚硝化系统可以同时兼顾较高的氨氧化速率和亚硝化率，更加有利于常温条件下生活污水亚硝化的长期高效稳定运行。

2.3  曝气方式对NOB的抑制程度比较

2.3.1  烧杯试验

为了比较间歇曝气与连续曝气反应器对NOB的抑制程度，通过烧杯实验比较2种情况下NOB的相对数量来间接反映2个曝气系统对NOB的抑制程度。

第65天时，于反应结束后的1号和2号反应器中取1 L泥水混合液进行延时曝气的烧杯试验，并配置相同浓度的亚硝酸钠溶液在相同的条件下曝气进行空白对照。空白对照试验中曝气结束后，只有3 mg/L的亚氮转化成了硝氮，说明1号和2号中的硝氮大部分由NOB氧化亚氮所得。图8所示为1号和2号烧杯试验的硝氮生成速率对比图。

图8  烧杯试验硝氮生成速率对比图

Fig. 8  Profile of production rate of NO₃^--N in batch test

由图8可以看出：1号和2号的硝氮生成速率均呈现先上升后下降的趋势。原因如下：起初NOB的活性尚未被充分激活，因此，硝氮生成速率较低，随后逐渐增加至最大值；随着反应进行，亚氮逐渐转化为硝氮，NOB的底物亚氮成为限制因素，NOB活性受到抑制，硝氮生成速率下降。

1号在前24 h内，硝氮生成速率一直小于0.2 mg/(g·h)，至第40 h时，达到最大值0.47 mg/(g·h)；2号的硝氮生成速率一直比1#的高，其最大硝氮生成速率为0.92 mg/(g·h)。由于烧杯试验过程中一直控制DO质量浓度为7.0~8.0 mg/L，NOB的活性可被充分激活，因此，硝氮生成速率与活性污泥中NOB的相对数量成正相关。由上述试验结果可知：1号反应器内的NOB数量较低，其活性污泥中NOB的被抑制程度大于2号连续曝气反应器。而由图6可知：第65天时，1号和2号的亚硝化率分别为95%和96%，此时二者均能够保持较高的亚硝化率稳定运行，经分析认为，此时2个反应器的运行条件均可抑制NOB的活性，亚硝化率得以维持，但是一旦运行条件有利于激发NOB的活性时(如更高的DO质量浓度)，硝氮生成量增加，亚硝化系统便不能维持稳定运行。由此可见，间歇曝气系统能够有效抑制NOB的活性，从而抑制NOB的增殖，这一结论在FISH结果中也得到了进一步证实，此结论也与蒋轶峰^[14]的结论相符合。

2.3.2  FISH结果

为了考察间歇曝气对NOB的抑制作用，采用荧光原位杂交技术(FISH技术)对2种曝气方式下污泥硝化菌群中AOB和NOB的相对比例进行检测。

在试验的第65天，取与烧杯试验相同的污泥样品进行FISH检测，典型结果如图9所示。以可见光污泥总面积表征总微生物个数，用AOB占可见光污泥总面积的比例表征AOB相对数量，NOB占可见光污泥样品总面积的比例表征NOB相对数量。

图9  FISH检测结果

Fig. 9  FISH analyzing results

结果表明：在间歇曝气中，AOB约占总菌群数的30.2%，NOB占11.1%；连续曝气中AOB约占总菌群数的24.8%，NOB占16.7%。由此可见：间歇曝气下污泥中AOB的相对数量比连续曝气的大，而NOB的相对数量比连续曝气的小。

综上所述，间歇曝气的供氧方式更加有利于富集AOB，抑制NOB。

3  结论

(1) 间歇曝气与连续曝气系统的COD去除效果无较大差别。间歇曝气反应器的停曝阶段存在反硝化作用，使其相比于连续曝气反应器的COD去除率略高。

(2) 间歇曝气反应器经50 d的运行后，其氨氮去除容积负荷开始比连续曝气反应器的大，污泥负荷二者相当。

(3) 经过一段时间的培养，间歇曝气系统较连续曝气系统，其活性污泥中AOB的相对数量较多，NOB较少，更加有利于富集AOB，抑制NOB。

(4) 相比于连续曝气，间歇曝气的供氧方式在节省能耗的同时，不仅可以长期维持较高的亚硝化率，而且可以作为连续曝气亚硝化破坏后的一种恢复策略，更加有利于常温生活污水SBR亚硝化的长期高效稳定运行。

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(编辑  何运斌)

收稿日期：2013-06-21；修回日期：2013-08-15

基金项目：新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-10-0008)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202-005)

通信作者：李冬(1976-)，女，辽宁丹东人，博士，教授，从事水质科学与水环境恢复技术研究；电话：010-67392099；E-mail：lidong2006@bjut.edu.cn

摘要：在常温条件下(20~25 ℃)，分别采用间歇曝气SBR(1号)和连续曝气SBR(2号)，研究4个不同初始DO质量浓度(0.5~1.0，1.5~2.0，2.5~3.0和3.5~4.0 mg/L)下生活污水的亚硝化。研究结果表明：2个反应器的COD去除效果相差不大；运行50 d后，1号反应器的氨氮去除容积负荷比2号的大，且4个DO质量浓度下亚硝化率均在90%以上，而当2号反应器的DO质量浓度为3.5~4.0 mg/L时，亚硝化率由90%逐渐下降至72.9%，后采用间歇曝气经15 d成功使其亚硝化率恢复至90%。间歇曝气反应器内污泥中亚硝化菌的相对数量比连续曝气反应器的多，硝化菌则比连续曝气反应器的小。间歇曝气在节省能耗的同时可以稳定实现较高的氨氧化速率和亚硝化率，是常温生活污水SBR短程硝化长期高效稳定运行的有效手段。