規(guī)模化養(yǎng)豬廢水屬于典型的高氨廢水，對(duì)我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量具有重要影響. 我國(guó)規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)大多配備了厭氧發(fā)酵裝置，但厭氧技術(shù)只能去除有機(jī)物而對(duì)氨氮基本沒(méi)有去除能力，反而造成了排出沼液的氨氮濃度高、 COD/TN低、 可生化性差、 生物處理難度大的問(wèn)題. 我國(guó)現(xiàn)行畜禽養(yǎng)殖廢水執(zhí)行的是《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18596-2001)，其中只有COD和氨氮的要求，對(duì)于TN去除沒(méi)有要求. 隨著農(nóng)村污染源普查的展開(kāi)，規(guī)模化養(yǎng)殖廢水對(duì)環(huán)境污染的影響在“十二五”期間得到前所未有的重視，2014年3月，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部公布了《畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(二次征求意見(jiàn)稿)，提升了氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn)并提出了總氮的排放標(biāo)準(zhǔn). 沼液排放標(biāo)準(zhǔn)的提升將對(duì)現(xiàn)行沼液生物處理技術(shù)提出更嚴(yán)峻挑戰(zhàn).

　　厭氧氨氧化工藝不需要外加碳源，在處理低碳高氮廢水方面確實(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì). 但養(yǎng)豬沼液廢水中基本不含亞硝酸鹽，仍然需要前置短程硝化使氨氮和亞硝氮的比例控制在1∶1左右，對(duì)于目前的農(nóng)村廢水運(yùn)維水平來(lái)說(shuō)難度很大. 同時(shí)厭氧氨氧化菌對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，增殖速率低，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，養(yǎng)豬廢水的水質(zhì)水量又波動(dòng)很大，使運(yùn)行管理難度進(jìn)一步增加. 序批式活性污泥法(sequencing batch reactor,SBR)是養(yǎng)豬沼液的常用生物處理技術(shù)之一，具有工藝簡(jiǎn)單、 運(yùn)行方式靈活、 自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn). 但利用傳統(tǒng)SBR處理沼液，普遍存在TN去除效果不理想、 硝化過(guò)程易導(dǎo)致系統(tǒng)酸化、 系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題.

　　間歇曝氣SBR(intermittently aerated SBR,IASBR)是傳統(tǒng)SBR的一種變型，其主要優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)間歇曝氣，在同一反應(yīng)器內(nèi)形成缺氧和好氧交替的環(huán)境，更易于實(shí)現(xiàn)高效的短程硝化和反硝化，從而在硝化階段節(jié)省40%的氧氣消耗，在反硝化階段節(jié)省25%的有機(jī)碳源消耗. 同時(shí)，利用缺氧反硝化過(guò)程產(chǎn)生的堿度及時(shí)補(bǔ)充好氧硝化過(guò)程中消耗的堿度，節(jié)省調(diào)堿藥劑消耗. 目前關(guān)于IASBR已有一些研究報(bào)道. 例如，Zhang等利用IASBR處理養(yǎng)豬沼液，在進(jìn)水COD/TN為3.0，TN容積負(fù)荷為0.38 kg·(m3·d)-1 的條件下，實(shí)現(xiàn)COD和TN的去除率分別為89.8%和76.5%. Pan等在11℃的低溫下使用IASBR處理屠宰廢水，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水COD/TN為10.5，曝氣量為0.6mg·L-1時(shí)，COD和TN的去除率可分別達(dá)到98.2%和97.7%，并且實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短程硝化反硝化. 宋小燕等發(fā)現(xiàn)進(jìn)水COD/TN對(duì)脫氮性能影響很大，當(dāng)進(jìn)水COD/TN為0.8±0.2時(shí)，反應(yīng)器對(duì)TN和氨氮的去除率僅分別為18.3%±12.2%和84.2%±10.3%; 而當(dāng)進(jìn)水COD/TN提高到2.4±0.5后，TN和氨氮的去除率則分別上升至90%和95%以上.

　　本文在宋小燕等研究的基礎(chǔ)上，同時(shí)采用IASBR和SBR兩套系統(tǒng)處理養(yǎng)豬沼液，比較分析了不同COD/TN和運(yùn)行負(fù)荷下兩套反應(yīng)器的污染物去除效果，通過(guò)進(jìn)一步挖掘IASBR在處理養(yǎng)豬沼液方面的優(yōu)勢(shì)，以期為推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原水

　　試驗(yàn)原水取自嘉興市某規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)沼氣池出水，采集后10~15℃下儲(chǔ)存. 水中總氮(TN)濃度很高，為(1 000±315)mg·L-1，其中氨氮(NH4+-N)濃度為(523±165)mg·L-1，亞硝氮(NO2--N)和硝氮(NO3--N)濃度之和低于20mg·L-1，其余為有機(jī)氮; COD濃度為(950±278) mg·L-1，碳氮比(COD/TN)極低，僅為0.95; TOC濃度為(354±56) mg·L-1，總磷(TP)濃度為(33.5±11.1) mg·L-1，pH值為7.5~8.2，堿度5 000~8 000mg·L-1(以CaCO3計(jì)).

1.2 試驗(yàn)裝置和運(yùn)行條件

　　IASBR試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)與SBR相同，二者有效容積皆為10 L(Φ25 cm×H30 cm)，完全混合式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置曝氣和螺旋槳攪拌. 每8 h為一個(gè)運(yùn)行周期，其中IASBR的運(yùn)行模式為: 進(jìn)水10 min→無(wú)曝氣40 min，曝氣60 min，交替循環(huán)4次→靜置沉淀60 min→排水10 min; SBR的運(yùn)行模式為: 進(jìn)水10 min→無(wú)曝氣160 min，曝氣240 min→靜置沉淀60 min排水→10 min. 曝氣階段采用微孔曝氣，通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量，第一個(gè)曝氣段的溶解氧(DO)控制在0.5~1.5mg·L-1; 非曝氣段啟動(dòng)螺旋槳攪拌使混合液均勻，DO低于0.2mg·L-1. 非控溫運(yùn)行，試驗(yàn)期間水溫為25~32℃. 試驗(yàn)接種污泥取自城市污水處理廠A2/O工藝的好氧池，初始混合液懸浮固體(MLSS)濃度為4 000mg·L-1，SV30為25%.

　　兩反應(yīng)器共連續(xù)運(yùn)行136 d. 其中1~12 d為啟動(dòng)階段，HRT為5 d; 此后按照HRT和進(jìn)水COD/TN分為3個(gè)工況，如表 1所示. 由于原水中COD/TN極低，因此3個(gè)工況均在進(jìn)水中添加無(wú)水乙酸鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水. 其中: 工況1(13~61 d)，進(jìn)水COD/TN為2.3±0.5，HRT為5 d，污泥COD負(fù)荷約為0.10 kg·(kg·d)-1. 此階段污泥濃度增長(zhǎng)緩慢，故全程未排泥，38 d開(kāi)始穩(wěn)定于約6300mg·L-1; 污泥性狀較差，泥水分離效果差. 工況2(62~107 d)，碳源添加量不變，COD/TN為2.2±0.2，縮短HRT至3 d，初始污泥COD負(fù)荷提高至0.12 kg·(kg·d)-1，污泥濃度迅速增長(zhǎng)至約7 500mg·L-1，泥水分離較差; 而后自85 d開(kāi)始間歇排泥(平均SRT為77 d)，最終IASBR和SBR中的MLSS分別穩(wěn)定在6 100mg·L-1和5 700mg·L-1，污泥性狀改善，泥水分離性能顯著提高. 工況3(108~136 d)，提高進(jìn)水COD/TN至3.0±0.2，保持HRT為3 d，未進(jìn)行排泥，IASBR和SBR的污泥濃度分別達(dá)到7800mg·L-1和7100mg·L-1，相應(yīng)的污泥COD負(fù)荷分別為0.15 kg·(kg·d)-1和0.17 kg·(kg·d)-1，泥水分離好，污泥沉降性佳.

 表 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與運(yùn)行條件

1.3 分析項(xiàng)目和方法

　　COD、 氨氮、 亞硝態(tài)氮、 硝態(tài)氮、 TN、 TP、 堿度的分析依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法. MLSS依據(jù)重量法測(cè)定. 總有機(jī)碳(TOC)采用TOC儀[SHIMADZU CORPORATION，TOC-VCSN)]測(cè)定. pH、 DO采用便攜式儀器(DKK-TOA CORPORATION，HM-30P、 DO-31P)測(cè)定. 活性污泥的氨氧化速率(AUR)和亞硝酸氧化速率(NUR)的測(cè)定參照文獻(xiàn)，比氨氧化速率(SAUR)和比亞硝酸鹽氧化速率(SNUR)分別為AUR和NUR與污泥濃度(MLSS)的比值. 另外，亞硝態(tài)氮積累率(NAR)用公式(1)計(jì)算[15]. 游離氨(FA)的質(zhì)量濃度采用公式(2)計(jì)算:

        式中，cNH4+-N、 cNO2--N、 cNO3--N 分別為氨氮、 亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量濃度，mg·L-1; T為溫度，℃.

　　三維熒光光譜使用熒光分光光度計(jì)(HITACHI F-2500)測(cè)定，配備光程為0.1 cm的四面光石英比色皿. 激發(fā)光源采用150 W氙弧燈，PTM電壓為750 V. 激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)范圍分別為220～400 nm、 280～550 nm. 激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)掃描間隔均為5 nm. 以超純水作空白校正拉曼散射.

2 結(jié)果與討論

2.1 氮素的濃度變化

2.1.1 TN

　　兩反應(yīng)器對(duì)TN的去除情況如圖 1所示. 工況1(13~61 d)，進(jìn)水COD/TN為2.3±0.5，進(jìn)水TN濃度為(1 247±188) mg·L-1，TN容積負(fù)荷為(0.25±0.04)kg·(m3·d)-1，IASBR和SBR的出水TN濃度分別為(231±88)mg·L-1和(256±81)mg·L-1，兩組反應(yīng)器對(duì)TN的去除率接近，分別為81.5%±7.5%和79.8%±4.9%. 工況2(62~107 d)，保持進(jìn)水COD/TN為2.2±0.2，進(jìn)水TN濃度為(1 232±148) mg·L-1，縮短HRT至3 d，使TN容積負(fù)荷提高至(0.41±0.05)kg·(m3·d)-1，兩組反應(yīng)器的TN去除率均有所下降. IASBR對(duì)TN去除率先迅速下降至66.1%，而后很快得到恢復(fù)，第75 d對(duì)TN的去除率穩(wěn)定在80%左右; 與之相比，SBR受負(fù)荷沖擊影響較大，TN去除率最低下降至40%且波動(dòng)大，直到第92 d才逐漸穩(wěn)定至70%左右. 工況2時(shí)IASBR和SBR的出水TN濃度分別為(270±40)mg·L-1和(470±149) mg·L-1，TN去除率分別為77.5%±5.3%、 61.8%±11.2%. 為提高TN去除效率，工況3(108~136 d)提高進(jìn)水COD/TN至3.0±0.2，進(jìn)水TN濃度為(1 206±104) mg·L-1，保持TN負(fù)荷為(0.4±0.03)kg·(m3·d)-1，IASBR和SBR的出水TN濃度分別下降到(99±23)mg·L-1和(205±31) mg·L-1，TN去除率分別提高到91.5%±2.8%、 83.0%±1.9%.

圖 1 IASBR和SBR的TN負(fù)荷和TN去除效率

　　進(jìn)水COD/TN從2.2±0.2提高至3.0±0.2后，兩套反應(yīng)器的TN去除率和穩(wěn)定性均得到大幅度提升. 上述結(jié)果與宋小燕等的研究結(jié)果相一致，也在很多其它報(bào)道中得到驗(yàn)證，方炳南等利用SBR處理養(yǎng)豬沼液時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)COD/TN從5.5提高到9.9時(shí)，系統(tǒng)TN去除率從59.6%提高到75.9%. Kuba等認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)良好的脫氮效果，COD/TN應(yīng)大于3.4. 而本研究中當(dāng)進(jìn)水COD/TN為3.0左右時(shí)，IASBR和SBR即實(shí)現(xiàn)對(duì)TN的去除率分別高達(dá)90%和80%以上，繼續(xù)提高COD/TN，去除效果有望進(jìn)一步提升. 一般的養(yǎng)豬沼液COD/TN可以達(dá)到2~3，高的可以達(dá)到4左右，所以不需要像本研究這樣投加很多碳源. 本研究所使用的養(yǎng)豬沼液與一般沼液相比，碳氮比偏低，屬于較難處理的情況. 碳源投加量越大，意味著運(yùn)行費(fèi)用越高，在經(jīng)濟(jì)效益本來(lái)就不是很好的養(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)推廣應(yīng)用的阻力也就越大. 因此，今后研究中有必要探討使用未沼氣發(fā)酵的原水或通過(guò)優(yōu)化碳源投加位置等方式減少外加碳源用量的方法.

　　工況1~3，IASBR的TN去除效果均優(yōu)于SBR，且抗負(fù)荷沖擊能力也更強(qiáng). Pan等比較研究了IASBR和SBR對(duì)模擬配水的去除效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)配水COD、 TN濃度分別為500mg·L-1和31mg·L-1時(shí)，IASBR對(duì)TN的去除率高達(dá)91%，明顯高于SBR的79%，呂娟等在利用IASBR處理人工配水時(shí)也發(fā)現(xiàn)，隨著間歇曝氣次數(shù)的增加，TN的去除效率也隨之提高. 間歇曝氣形成多次缺氧段，導(dǎo)致IASBR反應(yīng)器內(nèi)多次出現(xiàn)缺氧段，而在缺氧段碳源被用于因前一個(gè)好氧段產(chǎn)生的NOx-N的反硝化反應(yīng)，從而使得IASBR表現(xiàn)出更高的脫氮效率.

2.1.2 氨氮

　　兩反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果如圖 2所示. 工況1(13~61 d)，進(jìn)水NH4+-N濃度(619±212) mg·L-1，氨氮負(fù)荷為(0.12±0.04)kg·(m3·d)-1. IASBR的NH4+-N去除率為98.8%±0.7%，出水NH4+-N濃度穩(wěn)定在10mg·L-1以下; 而SBR的NH4+-N去除率僅為78.3%±19.6%，出水NH4+-N濃度為(126.0±93.4) mg·L-1，波動(dòng)很大，最高達(dá)330mg·L-1. 工況2(62~107 d)，進(jìn)水NH4+-N濃度(540±55) mg·L-1，縮短HRT為3 d，氨氮負(fù)荷提高至(0.18±0.02)kg·(m3·d)-1，IASBR出水NH4+-N濃度受負(fù)荷升高影響先升高至125mg·L-1，隨后逐步降低，87 d穩(wěn)定于10mg·L-1以下; 而SBR出水NH4+-N濃度的升高與波動(dòng)幅度較大，最高時(shí)濃度達(dá)250mg·L-1，直到第98 d后出水NH4+-N濃度才逐漸穩(wěn)定在30mg·L-1左右. 工況3(108~136 d)，進(jìn)水NH4+-N濃度(624±40) mg·L-1，氨氮負(fù)荷為(0.20±0.01)kg·(m3·d)-1，提高進(jìn)水COD/TN至3.0±0.2，IASBR和SBR的NH4+-N去除率分別為99.6%±0.2%和90.2%±1.4%，IASBR的出水NH4+-N濃度保持在(2.7±1.5) mg·L-1左右，明顯低于SBR的(61.0±6.4) mg·L-1.

圖 2 IASBR和SBR的氨氮負(fù)荷和氨氮去除效率

　　相比于SBR，IASBR表現(xiàn)出更高的氨氮去除效率. 這是因?yàn)镮ASBR的間歇曝氣模式會(huì)在缺氧和好氧環(huán)境交替的過(guò)程中形成一定時(shí)間的低DO段，低DO環(huán)境雖然會(huì)引起氨氧化速率下降，但氨氧化菌(AOB)在低DO環(huán)境下可以獲得更高的產(chǎn)率系數(shù). 蔣軼峰等通過(guò)對(duì)硝化菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析表明，在間歇曝氣系統(tǒng)中，AOB可以通過(guò)產(chǎn)率系數(shù)的增加來(lái)提高自身在反應(yīng)器中的絕對(duì)生物量，補(bǔ)償因間歇曝氣引起的比底物利用速率下降，最終表現(xiàn)出更高的氨氮氧化速率. 此外，IASBR的間歇曝氣模式產(chǎn)生的缺氧段發(fā)生反硝化反應(yīng)，能夠及時(shí)補(bǔ)充因好氧消耗的部分堿度，這也有利于系統(tǒng)的氨氮去除. 整個(gè)運(yùn)行期間，IASBR均顯示出對(duì)氨氮穩(wěn)定而高效的去除效果，出水氨氮濃度不僅滿足既有的中華人民共和國(guó)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18596-2001) (氨氮≤80mg·L-1)，還可達(dá)到2014年《畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(征求意見(jiàn)稿)的新氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)(氨氮≤25mg·L-1). 而相比之下，SBR對(duì)氨氮的去除受負(fù)荷影響較大，出水氨氮濃度與波動(dòng)幅度均明顯高于IASBR.

2.1.3 亞硝態(tài)氮積累

　　高濃度的FA會(huì)抑制AOB和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的活性，Anthonisen等認(rèn)為FA對(duì)AOB和NOB的抑制濃度分別為10~150mg·L-1和0.1~1 mg·L-1. 張宇坤等發(fā)現(xiàn)當(dāng)FA濃度在10mg·L-1附近時(shí)，NOB的活性僅為FA=0時(shí)的50%. Vadivelu等認(rèn)為當(dāng)FA濃度達(dá)到6mg·L-1時(shí)可完全抑制NOB的生長(zhǎng). 而吳莉娜等發(fā)現(xiàn)FA濃度在40~70mg·L-1范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化，當(dāng)FA濃度在100mg·L-1左右時(shí)則會(huì)抑制全部硝化反應(yīng).

　　本研究使用出水亞硝酸鹽濃度和亞硝化率(NAR)來(lái)反映亞硝態(tài)氮積累，計(jì)算得到不同工況下IASBR和SBR反應(yīng)器內(nèi)FA濃度和對(duì)應(yīng)的亞硝態(tài)氮積累情況如表 2所示. 工況1~3，IASBR的亞硝態(tài)氮濃度分別為(114±86)、 (103±64)、 (73±28)mg·L-1，對(duì)應(yīng)的NAR分別為65.7%±26.8%、 60.6%±27.9%、 86.1%±4.2%; SBR的亞硝態(tài)氮積累濃度分別為(78±72)、 (76±81)、 (96±22) mg·L-1，對(duì)應(yīng)的NAR分別為82.7%±11.6%、 73.7%±14.6%、 86.8%±4.7%.

　　表 2 IASBR和SBR中的FA、 亞硝氮和NAR

　　各工況下IASBR中FA濃度均較低，只有SBR的一半左右. 工況1~2，IASBR出水的亞硝氮濃度始終高于SBR，NAR低于SBR，說(shuō)明IASBR系統(tǒng)中生成的亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度都相對(duì)較高，這與IASBR內(nèi)FA濃度相對(duì)較低，對(duì)AOB和NOB的抑制作用都相對(duì)較小，氨氧化過(guò)程和亞硝化鹽氧化過(guò)程都進(jìn)展較好有關(guān). 工況3由于COD/TN提高，反硝化作用加強(qiáng)，導(dǎo)致兩反應(yīng)器中出水亞硝氮濃度均下降，不利于亞硝態(tài)氮積累[28]. 相比于傳統(tǒng)SBR，IASBR的間歇曝氣模式更有利于亞硝態(tài)氮的積累，而亞硝態(tài)氮的積累是實(shí)現(xiàn)短程脫氮的關(guān)鍵，這與相關(guān)的研究報(bào)道一致，也可以進(jìn)一步解釋2.1.1節(jié)的結(jié)論.

2.1.4 有機(jī)氮

　　廢水中TN減去氨氮、 亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，剩下的即為有機(jī)氮. 沼液中含有豐富的氨基酸、 蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物，這些大分子有機(jī)物是有機(jī)氮的重要來(lái)源. 有機(jī)氮的存在給系統(tǒng)脫氮造成很大困難，是限制TN去除的關(guān)鍵因素之一.

　　本研究沼氣發(fā)酵效果不好，進(jìn)水沼液中有機(jī)氮占TN的比例為40%~65%，工況1~3進(jìn)水有機(jī)氮的濃度分別為(621±194)、 (690±122)和(583±110) mg·L-1. 經(jīng)過(guò)IASBR處理后，工況1~3出水中有機(jī)氮濃度大幅降低至(33±52)、 (51±67)和(11±13) mg·L-1，有機(jī)氮的去除率分別達(dá)到96.0%±6.9%、 92.8%±10.0%和98.5%±1.9%; 而SBR的出水有機(jī)氮濃度分別為(34±49)、 (214±114)和(35±16) mg·L-1，有機(jī)氮的去除率分別為95.6%±8.2%、 62.1%±18.7%和93.9%±3.0%. 工況1時(shí)，IASBR出水的有機(jī)氮濃度與SBR相當(dāng)，但工況2~3進(jìn)水有機(jī)氮負(fù)荷提高后，IASBR出水的有機(jī)氮濃度明顯低于SBR. 孫劍輝等認(rèn)為間歇曝氣模式提供了缺氧、 好氧和厭氧的微環(huán)境，部分兼性微生物在厭氧或缺氧條件下能將大分子有機(jī)物分解成小分子物質(zhì). Chen等研究了缺氧好氧環(huán)境對(duì)異養(yǎng)菌的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷了缺氧后再好氧，異養(yǎng)菌表現(xiàn)出更大的活性，能夠更快地利用有機(jī)物.

2.1.5 污泥硝化活性

　　檢測(cè)第92 d兩套反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的硝化活性，發(fā)現(xiàn)IASBR反應(yīng)器內(nèi)的污泥比氨氧化速率(SAUR)和比亞硝酸鹽氧化速率(SNUR，以O(shè)2/MLSS計(jì))分別為0.033 mg·(g·min)-1和0.038 mg·(g·min)-1，明顯高于SBR的0.021 mg·(g·min)-1和0.010 mg·(g·min)-1. 這一結(jié)果間接驗(yàn)證了2.1.3節(jié)IASBR中FA濃度低，對(duì)AOB與NOB抑制作用小的推論.

2.2 有機(jī)物去除特性

　　因反應(yīng)器內(nèi)亞硝態(tài)氮積累干擾COD測(cè)定，故采用TOC表征有機(jī)物去除情況. 工況1~3，進(jìn)水TOC濃度分別為(646±126)、 (585±72)、 (890±43)mg·L-1，IASBR的出水TOC濃度分別為(71.5±7.5)、 (78.6±9.3)、 (71.4±8.7) mg·L-1，對(duì)應(yīng)的去除率分別為88.5%±2.3%、 86.4%±2.2%、 92.0%±0.9%; 而SBR的出水TOC分別為(83.4±10.5)、 (105.4±33.7)、 (86.8±1.2) mg·L-1，對(duì)應(yīng)的去除率分別為86.6%±3.2%、 81.8%±5.6%、 90.2%±0.5%.

　　兩反應(yīng)器均保持了較為穩(wěn)定的有機(jī)物去除效果，IASBR出水TOC濃度略低于SBR，但二者相差不大. 蘇東霞等對(duì)比連續(xù)曝氣SBR和IASBR處理生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象. 分析認(rèn)為是間歇曝氣出現(xiàn)的低DO環(huán)境存在反硝化作用，使其相比于傳統(tǒng)SBR的有機(jī)物去除率略高. 工況3雖然進(jìn)一步提升了有機(jī)負(fù)荷，但兩套反應(yīng)器出水TOC濃度反而進(jìn)一步降低，王麗等認(rèn)為進(jìn)水COD/TN越高，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除率越高. 這可能是因?yàn)樘岣哌M(jìn)水COD/TN后，反應(yīng)器內(nèi)污泥生長(zhǎng)狀況變好，供異養(yǎng)菌生長(zhǎng)可利用的底物增多，提高了系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除效果和穩(wěn)定性.

2.3 三維熒光光譜分析

　　廢水中所含有機(jī)物質(zhì)一般都具有熒光特性，當(dāng)這些物質(zhì)受到一定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射時(shí)，會(huì)發(fā)射具有特征波長(zhǎng)的發(fā)射波. 不同的熒光物質(zhì)在光譜中有不同的位置，而且物質(zhì)的濃度與熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，因而可以通過(guò)測(cè)定養(yǎng)豬沼液進(jìn)出水的三維熒光光譜，進(jìn)一步分析其有機(jī)物組成. 本研究在第61 d采樣，分析了原水和兩反應(yīng)器出水的三維熒光光譜，結(jié)果如圖 3所示. 依據(jù)發(fā)射波長(zhǎng)(Em)和激發(fā)波長(zhǎng)(Ex)的不同，可以將三維熒光光譜圖分為5個(gè)區(qū)域，分別是Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)芳香族蛋白質(zhì)類似物，Ⅲ區(qū)的富里酸類、 Ⅳ區(qū)的溶解性微生物代謝產(chǎn)物和Ⅴ區(qū)的類腐殖酸. 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)豬沼液進(jìn)水的熒光區(qū)域主要集中在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物以及Ⅳ區(qū)的溶解性微生物副產(chǎn)物，三者占總熒光強(qiáng)度的比例分別為33.8%、 33.6%、 16.9%，而富里酸類和腐殖酸類占比較小，分別為6.3%和9.4%. 相較進(jìn)水，IASBR和SBR的出水中Ⅰ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物的熒光強(qiáng)度占總熒光強(qiáng)度分別下降到23.0%、 24.5%，而類腐殖酸則分別上升到17.1%、 16.2%. Ⅱ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物和類富里酸則幾乎沒(méi)有變化，這說(shuō)明微生物在降解Ⅰ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物的同時(shí)產(chǎn)生了類腐殖酸. 相比于進(jìn)水，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器處理后，IASBR出水的熒光區(qū)域總強(qiáng)度下降約70%，有機(jī)物濃度下降91.9%，均優(yōu)于SBR的55%和88.3%，且經(jīng)過(guò)IASBR處理，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物的熒光強(qiáng)度下降66%、 52%，明顯好于SBR的41%、 17%，進(jìn)一步驗(yàn)證了關(guān)于有機(jī)氮去除效果差異的試驗(yàn)結(jié)果.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

圖 3 養(yǎng)豬沼液與IASBR、 SBR出水的三維熒光光譜

3 結(jié)論

　　(1) 在不同進(jìn)水碳氮比和容積負(fù)荷下，IASBR都顯示出比SBR更好的氨氮與TN去除效果，而TOC的去除效果相差不大.

　　(2) IASBR對(duì)氨氮和總氮去除效果好且穩(wěn)定，可能與反應(yīng)器中FA濃度相對(duì)較低，對(duì)AOB和NOB的抑制作用小，氨氮氧化效率和亞硝酸鹽氧化效率較高有關(guān). 另外，IASBR反應(yīng)器內(nèi)污泥比氨氧化速率(SAUR)和比亞硝酸鹽氧化速率(SNUR)明顯高于SBR，從生物相的角度解釋了IASBR的高效硝化與脫氮的原因.

　　(3) 在不同進(jìn)水碳氮比和容積負(fù)荷下，IASBR對(duì)總有機(jī)氮的去除率高，工況1~3分別為96.0%±6.9%、 92.8%±10.0%和98.5%±1.9%，在工況2~3進(jìn)水有機(jī)氮負(fù)荷提高后，明顯高于SBR. 三維熒光光譜的分析結(jié)果表明IASBR對(duì)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的芳香族蛋白質(zhì)類似物的熒光強(qiáng)度比SBR具有更好的去除效果，由此間接證明了IASBR對(duì)總有機(jī)氮去除能力更強(qiáng)的說(shuō)法.