摘要
水生态环境保护是“十四五”规划的重点之一，改善水环境质量已成为社会可持续发展的重中之重。与传统的脱氮工艺相比，短程硝化工艺优势明显，能够减少约25%的曝气量、节约40%的外加碳源、污泥产量低、工艺流程短以及节约能耗等优势。短程硝化工艺是实现短程硝化/厌氧氨氧化工艺的前端工艺，也是关键和限制性的步骤。因此，本研究课题在试验过程中以合成废水为处理对象，成功启动并实现了基于序批式活性污泥法（sequencingbatchreactor，SBR）的短程硝化工艺。根据短程硝化工艺特性，提出一种基于线性回归方法的游离亚硝酸（freenitrousacid,FNA）与热冲击交替处理的新型工艺，该工艺能够对亚硝酸盐氧化菌（nitriteoxidizingbacteria,NOB）的活性造成抑制作用，同时氨氧化细菌（ammoniaoxidizingbacteria,AOB）得以富集，从而实现污泥稳定亚硝化的方法，以期为厌氧氨氧化工艺（anaerobicammoniaoxidation，Anammox）提供稳定的NO2--N供给。 （1）在不同温度（25、30、35℃）下进行探究试验，试验结果表明，30℃条件下的亚硝酸盐积累率和出水亚硝酸盐浓度高于25、35℃，出水硝酸盐浓度更低，并且稳定时间也更长，出水亚硝酸盐浓度最高能达到42.59mg/L。但不论是效果更好的30℃还是另外两种温度条件，在运行较长时间后，出水硝酸盐浓度均有明显提升，这可能是由于NOB的适应能力较强，即NOB活性恢复从而影响短程硝化的稳定性。故而又进行了热冲击批次试验，探究热冲击对快速启动短程硝化的作用，结果表明在60℃下热冲击20min，NOB被抑制，AOB仍有一定的活性，从而能够实现NO2--N的积累，为后续FNA与热冲击交替处理提供一定的理论依据。 （2）得出热冲击处理的最佳条件后，再通过响应面法所得出的模型进行批次试验，根据所得的批次试验结果进行方差分析以及通过回归方程定量描述FNA浓度、FNA处理时间、FNA处理比率及其交互作用对目标响应亚氮积累率和AOB活性的影响大小；响应面法的线性回归方程表明，FNA浓度与处理比率和处理时间的交互作用对AOB活性影响显著，以及FNA浓度与处理比率的交互作用对亚氮积累率影响显著。结果表明，FNA浓度为2.20mgHNO2-N/L，处理时间为24h，处理比率为20%时，能最大程度地抑制NOB活性，并保持AOB的最大活性，为后续FNA与热冲击交替处理提供一定的理论依据。 （3）根据热冲击批次试验得出的热冲击处理最佳处理时间及温度为60℃热冲击20min；以及FNA处理批次试验以及响应面法分析得到的最佳优化条件：FNA=2.20mgN/L、处理时间=24h、处理比率=20%用于启动运行连续流的SBR短程硝化反应器，探究一种新型的FNA与热冲击交替处理实现污泥稳定亚硝化的工艺，并进行微生物群落分析，以期解决短程硝化失稳、启动缓慢的问题，将FNA与热冲击交替处理，获得更持续稳定的NOB抑制，以及为Anammox工艺提供稳定的NO2--N供给。研究结果表明采用FNA与热冲击交替处理硝化污泥，能够解决单一处理出现的NOB适应问题，微生物群落分析表明多次交替可以实现AOB优势并抑制NOB，NO2--N积累率达到90%以上，实现亚硝化长期稳定。经FNA/热冲击交替处理后的NOB（Nitrospira）占比比FNA单一处理、热冲击单一处理要少，说明FNA/热冲击交替处理对NOB的抑制效果比FNA单一处理和热冲击单一处理更好。且FNA/热冲击交替处理后的AOB（Nitrosomonas）丰度也较高。这些结果可能表明FNA/热冲击交替处理能够在抑制NOB的同时保持AOB较高的丰度。因此，采用FNA与热冲击交替处理的新型工艺能够实现稳定短程硝化，并为厌氧氨氧化提供底物。且经FNA与热冲击交替处理后的污泥在不同环境因素下适应能力更强，且无需严格的工艺控制，能够适应多种类型的污水处理，因此，能够为亚硝化工艺的实际应用提供更多可能性。
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