印染废水成分复杂，可生化性差，同时由于很多企业大量使用含氮染料和助剂，造成印染废水中氮含量偏高^〔1-4〕。浙江某印染企业产生的废水中氮含量较高，其采用“混凝沉淀/水解酸化/SBR”的工艺对废水进行处理，出水NH₄⁺-N、TN均未达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4278—2012）的间接排放标准。因此，对高含氮印染废水处理工程进行提标改造势在必行。

研究表明，生物脱氮过程中，充足的有机碳源是反硝化细菌高效脱氮的关键^〔5〕。传统SBR模式下，废水进入SBR池后首先进行好氧氧化，硝化细菌在好氧条件下将废水中大部分有机氮转化为硝氮和亚硝氮；然后进入缺氧状态，由于大量优质碳源在好氧段已被降解，碳氮比降低，使反硝化过程受阻。对于碳氮比偏低的高氮印染废水，提高脱氮效率的关键在于及时补充缺氧段优质碳源。SBR工艺中补充优质碳源的方法包括外加碳源和碳源优配技术2种^〔6-8〕，而外加碳源不但会增加处理成本，且会增加废水有机物浓度。采用碳源优配技术合理分配进水流量，是提高脱氮效率的有效途径之一。SBR工艺的时序控制可以实现时间上多段进水，此时再投加少量的碳源，即可使污水处理厂二级出水TN＜2 mg/L^〔9〕。将碳源优配技术应用于高氮印染废水SBR处理工艺改造还未见报道。本研究针对高氮印染废水处理的提标改造，提出碳源优配SBR优化方案，并进行了实验研究和工程实践。

实验进水取自印染废水处理系统水解酸化池出水，其水质：COD 195~270 mg/L，TN 64~66 mg/L（碳氮质量比3.0~4.1），NH₄⁺-N 46~47 mg/L，pH 7~9。

实验装置如图1所示。SBR反应器为有机玻璃材质，内径200 mm，高40 mm，有效容积10 L。内置曝气装置和搅拌机，顶端设置取样口，底部设有排泥管。采用空气泵供气，采用气体流量计控制曝气量。SBR的进水、曝气、沉淀、排水等各阶段的操作时间根据实验需要设定，由液位器和自动控制系统控制。

实验接种污泥取自SBR池剩余污泥。先闷曝2 d，然后向反应器内注入少量废水，按照原有SBR工艺运行模式进行驯化。逐渐加大水量至6 L，在污泥质量浓度达到3 000 mg/L左右，且污泥性状稳定后进行实验。

SBR进水方式与反应器运行状态控制模式见表1。4种SBR进水模式均等流量进水运行30 d，根据进水段数平均分配厌氧、好氧、缺氧运行时间，运行结束后排水静置。厌氧段DO控制在0.3 mg/L以下，好氧段DO控制在2~3 mg/L，缺氧段DO控制为0.5~1 mg/L，温度控制在22~33 ℃。

在最佳分段运行模式下，按不同进水流量比（进水比）连续运行，确定最佳进水比。

COD采用重铬酸钾法测定，TN采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定，NH₄⁺-N采用纳氏试剂分光光度法测定，DO采用HI9146型便携式溶解氧仪监测，pH采用PHSJ-3F型pH计测定。

连续进水与分段进水模式下的COD去除效果见图2。

由图2可以看出，四段进水模式下的COD去除率约为60%左右，明显低于其他运行模式。分析原因可能是HRT影响了有机物降解。一段式SBR的HRT为7 h；二段式SBR（2次进水，3 L/次）的HRT分别为420、210 min；三段式SBR（3次进水，2 L/次）的HRT分别为420、280、140 min；四段式SBR（4次进水，1.5 L/次）的HRT分别为420、315、210、105 min。可知1个SBR运行周期条件下，分段数增多，会导致HRT不够长，使一些易降解有机物未及时被微生物降解便被排出，导致COD去除率稍有降低。总体而言，在足够长的HRT条件下，SBR分段进水模式对COD去除率的影响较小。

连续进水与分段进水模式下的脱氮效果如图3所示。

由图3可以看出，随着分段进水段数的增加，TN去除率呈先增加后趋于稳定的变化趋势。分析原因可能是在生物反硝化过程中，废水中的含碳有机物作为反硝化过程的电子供体^〔10〕。本研究进水碳氮质量比在3.0~4.1，可见废水中的碳源可满足氮源所需，理论上不需补充外加碳源。当分段数少时，前段废水中残留的硝氮、亚硝氮反硝化主要依靠后段进水补充的碳源；当分段数增多时，好氧段有机物去除率降低，前段废水中残留的硝氮、亚硝氮反硝化所需的有机物将来源于两部分，一部分为自身残留易降解有机物，一部分为后段进水补充的有机物。因此，对于单个运行周期，在进水总氮含量一定，总氮转化为硝氮的量一定的条件下，当前期进水未被去除的碳源达到后期每段产生的硝氮反硝化所需碳源时，分段数增加将有利于提高总氮去除率。

对比不同分段数下的氨氮去除效果，可知一段式、二段式SBR的NH₄⁺-N平均去除率分别为55.40%和68.90%，三段式、四段式SBR的NH₄⁺-N去除率差异不大，均在80%左右。研究表明，pH会影响硝化细菌的活性，进而影响氨氮硝化作用。SBR进水pH为7~9，适宜硝化菌生长^〔10〕。一段进水模式下好氧段时间较为集中，好氧段前期硝化反应消耗碱度，使得系统pH降低，硝化菌活性降低，阻碍了好氧段后期硝化反应的进行，从而降低了后期氨氮到硝氮的转化率。分段进水则实现了“厌氧-好氧-缺氧”交替出现，使得系统缺氧反硝化产生的碱度可以中和好氧段硝化反应消耗的碱度，确保整个过程中pH在6.0~7.5，使得硝化反应进行较彻底，提高了NH₄⁺-N去除率。

综上，碳源优配SBR工艺中，三段进水运行模式下COD和氮的去除率综合最优，因此确定系统优化模式为三段进水运行模式。

优化运行模式下，进水流量比对COD去除率的影响见图4。

从图4可以看出，当进水流量比为3:2:1时，对COD的去除效果最佳。SBR工艺去除COD主要包括2种方式，一是异养型微生物在好氧阶段高效降解COD；另一种则是反硝化细菌利用碳源进行反硝化消耗COD^〔11〕。三段式SBR的HRT分别为420、280、140 min，当进水流量比为3:2:1时，前段进水比重大，使得80%废水的HRT均能达到280 min以上，异养型好氧微生物对有机物的降解较为彻底，从而显著提高了COD去除率。

优化运行模式下，进水流量比对NH₄⁺-N和TN去除率的影响见图5。

由图5可知，当进水流量比为3:2:1和1:1:1时，出水TN差异不大，平均为22.10 mg/L，进水流量比为1:2:3时，出水TN升高为27.50 mg/L。当进水流量比为1:2:3时，第3段水量增加，引入大量的碳源和氮源，厌氧段反硝化消耗了部分碳源，加之好氧段碳源被高效降解，使残余的碳源不足以在缺氧段为新引入的氮源和残余的硝氮反硝化提供充足碳源，导致出水TN升高。总体而言，采用分段进水SBR脱氮时，末段进水流量分配比例越小，对硝态氮的去除量越大，总氮去除效果越好^〔12〕。

3种进水流量比下的NH₄⁺-N平均去除率均约为80.50%。虽然进水流量比不同，但每种进水模式的水力停留时间分配是一致的，尤其是好氧条件下，水力停留时间起主导作用，且水力停留时间足以使硝化反应彻底进行，从而使3种进水流量比下的NH₄⁺-N去除率无明显差异。综合考虑COD和氮的去除率，三段进水运行模式下，进水流量比为3:2:1最优。

浙江某印染企业日排放生产废水4 000 m³，印染废水处理主体构筑物为4个SBR池，单池尺寸为18 m×14 m。SBR采用传统运行模式，运行周期为8 h，包括进水1 h、曝气4 h、静置2 h和排水1 h。处理出水TN为43.7 mg/L，NH₄⁺-N为18.2 mg/L，未能稳定达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4278— 2012）的间接排放标准。对此，根据碳源优配原则和实验效果对其进行提标改造。改造措施：在1个SRB周期内实现3次进水和处理。第1段包括进水、厌氧20 min、好氧80 min、缺氧40 min，第2、3段与第1段相同，此后静置0.5 h、排水0.5 h。第1、2、3段的进水流量比为3:2:1。该废水处理工程提标改造完成后，进行了长期运行，处理出水稳定达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4278—2012）的间接排放标准。系统出水水质见表2。进水为处理系统调节池出水。

（1）采用SBR处理高氮印染废水，进水次数过多，会降低有机物的去除效率，难以保证高效脱氮。研究表明，SBR工艺在三段进水模式下，当进水流量比为3:2:1时，对COD、TN和NH₄⁺-N的去除效果最佳。

（2）将碳源优配SBR工艺用于高氮印染废水处理工程的提标改造，运行结果表明，处理出水COD、TN和NH₄⁺-N可稳定达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB 4278—2012）的间接排放标准。