厌氧氨氧化工艺是以亚硝态氮为电子受体，通过将氨态氮直接转化成氮气的形式，可短程高效地实现生物脱氮。该工艺具有能耗低、产泥量小、脱氮负荷高等优点。但如何快速积累大量亚硝酸盐制约着厌氧氨氧化工艺的推广与应用。岳耀冬等^〔1〕利用SBR反应器处理高氨氮污水，其通过逐步调节HRT和进水NH₄⁺-N浓度的方式实现了稳定短程硝化，亚硝态氮积累率约为95%。周晓玮等^〔2〕采用SBR反应器考察了磁场对短程硝化工艺运行效果的影响，结果表明，在磁场作用下反应器亚硝酸盐积累率可达90%。SBBR（sequencing batch biofilm reactor）工艺是在SBR工艺基础上研发的一种污水处理工艺，该工艺将活性污泥法与生物膜法进行了有机结合^〔3-4〕，为实现厌氧氨氧化的启动和运行提供了更加丰富稳定的微生物群落^〔5-6〕。近年来研究发现，在短程硝化过程中加入特定的化学试剂，可以实现亚硝酸盐的快速积累。本研究以SBBR工艺为主体，研究了氯酸钠抑制剂对SBBR工艺亚硝化过程的影响，具体考察了有无氯酸钠抑制剂存在下SBBR工艺对氨氮去除、亚硝态氮累积和污泥颗粒化的效果。该项研究可为改善传统污水处理工艺处理低C/N污水能耗高、效率低的弊端提供理论支持^〔7〕。

本研究采用SBBR反应器，其由双层圆柱形有机玻璃构成，反应器整体高约90 cm，外径20 cm，内径15 cm，总容积为10 L，有效容积为8 L。试验设R1、R2 2组反应器，R1采用氯酸钠抑制剂对污泥进行培养，R2采用传统培养方式对污泥进行驯化，与R1互为对照。反应器外部通过套管连接水浴循环加热系统，保证菌种所需温度；反应器内部为反应区并设有曝气头；反应器底部为沉淀区，连接一个直径8 cm、高5 cm的半椭圆体泥斗，用于收集沉淀污泥，定期淘洗排泥。沿反应器外壁垂直方向均匀设置5个取样口，用于排水和取样分析。

试验采用聚氨酯海绵生物填料，由河南宜美佳环保科技有限公司制作。该生物载体具有特殊的多孔网状结构，大大提高了生物培养载体的比表面积。利用正、负电荷的引力及简单的物理吸附，可在单个生物载体的外表面实现亚硝化反应，在载体内部实现亚硝酸盐的反硝化。该载体具有孔隙率高、耐磨性好、亲水性好、微生物附着率高等优点。

试验采用人工模拟低C/N废水，模拟废水水质：NH₄Cl 48~52 mg/L，COD 98~105 mg/L，CaCl₂·2H₂O 200 mg/L，KH₂PO₄ 40 mg/L，MgSO₄·7H₂O 30 mg/L，微量元素溶液0.3 mL/L。微量元素溶液组成：EDTA 10 mg/L，KI 0.18 mg/L，H₃BO₃ 0.15 mg/L，ZnSO₄·7H₂O 0.12 mg/L，CuSO₄·5H₂O 0.03 mg/L，FeCl₃·6H₂O 1.50 mg/L，CoCl₂· 6H₂O 0.15 mg/L，MnCl₂·4H₂O 0.12 mg/L，Na₂MoO₄· 2H₂O 0.06 mg/L。

SBBR反应器接种污泥取自沈阳造化污水处理厂二沉池，污泥进行过稀释，稀释后的接种污泥具有较好的沉降性，且悬浮污泥的菌胶团聚合程度较高。静沉12 h，排出上清液，在反应器内进行污泥接种。污泥的理化特性见表 1。

R1、R2反应器初始反应条件相同，从第4天开始以传统培养和添加NaClO₃抑制剂（NaClO₃浓度为1 mol/L）2种方式进行对比试验，研究有无NaClO₃抑制剂存在条件下SBBR反应器对NH₄⁺-N的去除效果和NO₂^--N的积累速度。采用标准检测分析法，每日定时取水样检测水质指标^〔8〕。

试验采取先大量曝气的方式培养硝化细菌，而后通过逐渐降低曝气量的方式富集AOB，采用低氧低基质的方式启动SBBR反应器^〔9〕。经参考大量文献，将R1、R2反应器的具体试验条件设定如下：按照30%的填充比投加聚氨酯海绵生物填料，加入2 L上述污泥，3 L人工模拟城市废水，控制反应温度为（25±1）℃，pH为7.0~8.0，DO为0.5~1.0 mg/L，进水NH₄⁺-N为50 mg/L。初始曝气强度为1 L/min，曝气10 d后逐步降低至0.6 L/min。单个运行周期为进水（瞬时）-曝气（4 h）-沉淀（2 h）-排水（瞬时）-闲置（2 h），每天运行3个周期，每个周期的换水量为6 L，反应器总体积8 L，换水体积比为75%。反应器运行至第4天，人工配制进水时向R1反应器进水中投加1 mol/L的NaClO₃。每天检测进出水中的NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N的浓度。

R1、R2反应器启动期间NH₄⁺-N的去除效果如图 1所示。

从图 1可以看出，在反应器启动初期（前3 d），R1、R2反应器内NH₄⁺-N去除率均呈上升趋势；在中期（第4~20天），R1反应器内NH₄⁺-N去除率发生较大波动，R2反应器内NH₄⁺-N去除率则平稳上升，在反应器运行至第10天以后，2个反应器内的NH₄⁺-N去除率都达到了60%；启动后期（第20天以后），2个反应器内的NH₄⁺-N去除率都达到了90%，反应器已启动成功。

利用电子显微镜观察系统挂膜运行的初期（第3天）、中期（第10天）、后期（第22天）生物载体内微生物的变化，结果分别如图 2、图 3所示。

由图 2、图 3可知，在启动初期，R1、R2反应器内菌胶团结构紧密，同时观察到很多微小的透明状微生物在迅速游动，说明此时出现了结构单一的原生动物，生物膜生长状态良好，食物链增长。在启动中期，发现有钟虫存在，表明污水处理效果正在提高。启动后期，生物链中出现后生动物，生物相由简单变为复杂，构成较为完整的微生态系统。当SBBR反应器运行到第22天时，R1、R2反应器内NH₄⁺-N去除率稳定在90%以上（见图 1）。综上，SBBR反应器挂膜成功。

通过图 1可以发现，2种培养方式均可实现较高的NH₄⁺-N去除率，最高NH₄⁺-N去除率大体相同，均在92%左右。两者区别在于氨氮去除率曲线的平滑程度。对比前3 d的出水水质发现，R1反应器的NH₄⁺-N平均去除率为48.35%，R2反应器的NH₄⁺-N平均去除率为37.13%，这是由反应器内部生物载体所处的环境因素及配水浓度的人为误差导致的，但两者NH₄⁺-N去除率曲线的发展趋势相同，大致呈直线上升。从第4天开始，每次配水时向R1反应器进水中额外投加1 mol/L的NaClO₃，由图 1可知，在第4~17天内，R1反应器的NH₄⁺-N去除率较R2反应器发生较大波动，R1反应器的NH₄⁺-N去除率在第4~6天呈下降趋势，表明NaClO₃对硝化菌群起到了明显的抑制作用，硝化菌群活性降低，从而影响到硝化进程。从第9天开始，R1反应器的NH₄⁺-N去除率逐渐增大，NH₄⁺-N去除率由61.2%逐步提高到83.65%，说明参与氨氧化过程的AOB对NaClO₃产生了适应性，活性正在恢复。在第22~45天内，R1、R2反应器的NH₄⁺-N去除率均在90%以上，且NH₄⁺-N去除率曲线无较大波动，表明反应器内部已经形成新的菌群结构。从最终的出水水质分析，NaClO₃对于NH₄⁺-N的去除无明显影响。

启动期间，R1、R2反应器出水NO₂^--N、出水NO₃^--N及亚硝态氮累积率随时间的变化如图 4所示。

由图 4可以看出，未添加NaClO₃抑制剂的R2反应器在亚硝态氮累积率曲线上出现较大波动，这证实AOB和NOB之间存在着“优胜劣汰”的竞争关系。在反应器挂膜启动的前3 d，R1反应器出水NO₃^--N平均为20.89 mg/L，R2反应器出水NO₃^--N平均为15.97 mg/L，几乎检测不到出水NO₂^--N存在，R1、R2反应器出水氮素以NO₃^--N为主，表明此时NOB占据主导地位，硝化程度良好。在加入NaClO₃抑制剂后的2 d内，R1反应器出水NO₂^--N、出水NO₃^--N浓度变化很小，表明此时R1反应器内AOB和NOB均受到一定程度的抑制，硝化进程受到影响。从第7天开始，R1反应器出水NO₂^--N浓度逐步提升，说明AOB已适应NaClO₃抑制剂，活性恢复；而R1反应器出水NO₃^--N浓度基本没变，表明NOB活性依旧未恢复。在第10天之后，R1反应器出水NO₂^--N由21.47 mg/L逐渐提升至40.01 mg/L，出水NO₃^--N由16.2 mg/L逐渐降至5.23 mg/L。将此节点作为AOB和NOB的平衡点，在节点之后，AOB在硝化菌群中占主导地位，有利于NO₂^--N累积。而R2反应器于第20天出现平衡点，较R1反应器晚10 d，说明添加抑制剂可以有效缩短亚硝化时间。此外，NaClO₃抑制剂对于NO₂^--N累积起到积极的作用，R1反应器的NO₂^--N累积率曲线与R2反应器相比更为平滑，表明整个挂膜启动过程中，R1反应器内AOB富集效率更高，AOB与NOB在竞争关系中始终占优。R1反应器无论是总体NO₂^--N平均累积率、稳定期NO₂^--N平均累积率或者最高NO₂^--N累积率，均高于R2反应器。试验表明，NaClO₃抑制剂对于短程硝化具有可行性。

颗粒状污泥是由絮状活性污泥经过多个复杂的变化过程而形成的微生物聚集体^〔10〕。成熟的颗粒污泥表面光滑、形状规则且轮廓清晰，具有良好的沉降性及较高的抗冲击负荷能力。其特殊的结构能够阻碍氧分子传递，使颗粒状污泥由外至内形成好氧区、缺氧区与厌氧区，为氮素去除提供必要的环境因素支持。与传统的絮状活性污泥相比，其生物相更为丰富，水处理性能优势更大。

启动成功后，R1、R2反应器内均发现存在少量的颗粒状污泥，这是由反应器的结构设计决定的。均匀曝气为颗粒状污泥的形成提供了必要的水流剪切力，反应器未设置搅拌器，避免了新生颗粒状污泥被无意破坏。试验结果表明，R1反应器生成颗粒污泥的速度相比R2反应器更快，在试验进行到第30天左右时，R1反应器内首次观察到颗粒污泥的存在，颗粒污泥数量虽少却肉眼可见。而R2反应器在试验进行到第40天时才首次发现颗粒污泥，其所占比例很小，需阳光投射才隐约可见。可见，在试验周期内添加少量NaClO₃抑制剂可能有助于形成颗粒状污泥，但颗粒数量较少。如何平衡抑制剂投加量、曝气量与沉降时间的关系，可作为今后的研究重点。

NaClO₃具有强氧化性，近年来被发现用作催产反季节龙眼，但有学者研究发现，NaClO₃对部分动植物存在一定的毒害效应^〔11〕。故对出水中的氯酸盐及其衍生物进行检测显得尤为重要。试验过程中的多次检测结果表明，出水中仅含微量ClO₃^-，氯主要以离子形式存在。通过查阅相关文献资料，推测原因如下：

（1）ClO₃^-较易分解。同NO₃^-相似，都是以有机质作为电子供体，在还原酶的作用下，ClO₃^-可被还原为Cl^-〔12〕。以乙酸作为有机质为例，ClO₃^-的还原途径可表达如下：

(1)

加之NaClO₃抑制剂的投加浓度很低，仅为1 mol/L，模拟水样中的碳源可以将其分解转化，推测认为这是出水中主要检测到Cl^-的原因。

（2）污泥中存在一部分氯酸盐降解菌。目前，学术界已分离得到大量氯酸盐降解菌，如Burkholderia^〔13〕、Dechlorospirillum^〔14〕等。这些菌群在最适温度、pH方面与AOB相近，因此在相似环境下可以将氯酸盐逐步降解为Cl^-。

检测结果证实，适当应用NaClO₃抑制剂不会造成水体二次污染，若要应用于工程实例，化学药剂的大量投加可能会适得其反。笔者认为，可以采取设置回流并增加水力停留时间的方式，这样既节省化学药剂投放量，也降低了化学药剂的毒害作用。

氯酸钠抑制剂对SBBR工艺亚硝化过程的影响研究表明：

（1）NaClO₃的投加对NH₄⁺-N的去除无明显影响，但可以加速NO₂^--N的积累速度，当NaClO₃投加量为1 mol/L时，实现NO₂^--N积累的时间比不投NaClO₃缩短了10 d。

（2）2个反应器在启动成功后均存在少量的颗粒状污泥，R1反应器在试验进行到第30天左右时首次观察到颗粒污泥的存在，而R2反应器在试验进行到第40天时才首次发现颗粒污泥且其所占比例很小。投加NaClO₃抑制剂可以使活性污泥颗粒化程度更高，生成颗粒污泥速度更快。

（3）NaClO₃毒性分析结果表明，出水中的Cl^-是由ClO₃^-分解和污泥中一部分氯酸盐降解菌降解氯酸盐而产生的，投加1 mol/L NaClO₃作为抑制剂不会对水体造成二次污染。