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--> --> --> 废水生物脱氮、防治水体富营养化一直都是水处理方向面临的主要问题之一[1]。传统的生物脱氮方法主要为全程硝化反硝化脱氮。短程硝化作为一种新型生物脱氮工艺，是将硝化反应控制在氨氧化阶段，将亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria，NOB)分离出反应器并将氨氧化菌(ammania oxidizing bacteria，AOB)保留在反应器中，实现氨氮氧化产物为亚硝酸盐的过程[2]。相比传统的全程硝化，短程硝化可以节省25%曝气量和30%的反应时间[3]，节约碳源40%[4]，具有较低的污泥产量[5]。目前提出的控制短程硝化的影响因素包括游离氨(free ammonia，FA)、游离亚硝酸(free nitrite acid，FNA)、溶解氧(dissolved oxygen，DO)、温度、pH等[6-9]。此外，曝气时间也是实现和维持稳定短程硝化的主要控制因素，曝气时间短导致反应不完全，出水不达标[10]；曝气时间过长，短程硝化会转化为全程硝化[11]。因此，维持稳定长久的短程硝化需要综合考虑各种控制因素，以实现对反应过程的综合控制。除上述影响因素外，盐度也会对生物脱氮处理过程产生影响。有研究表明，低浓度的盐可以促进微生物的生长，盐度过高则会影响细胞的渗透压，导致微生物的活性受到抑制[12]。盐度对微生物虽有毒害作用，但可通过逐步提高盐度或投加耐盐污泥，使微生物适应盐环境，减轻盐度对微生物的抑制作用[13]。HAMODA等[14]研究发现，采用活性污泥法处理高盐废水时，系统生物活性和有机物去除率均有提高；ASIAN等[15]研究表明，一定的盐度对微生物活性有促进作用；徐洁等[16]采用序批式曝气生物滤池工艺处理含海水的污水，发现AOB的耐盐能力高于NOB。因此，可通过添加盐度驯化的方式，抑制NOB的活性，实现短程硝化。短程硝化技术应用前景广泛，但通过活性污泥法进行短程硝化，稳定性较难控制，且硝化细菌本身作为自养菌生长缓慢，非常容易从反应器中流失[17]，这都增加了短程硝化工艺运行的困难。
包埋固定化技术通过包埋材料(人工或天然高分子材料)将游离细胞或者酶定位于限定区域，使其保持活性并可反复利用，是一种有效的防止菌体流失、提高反应器内生物量的生物截留手段[18-20]。与活性污泥法相比，包埋固定化技术具有处理效率高、反应易于控制、菌种高纯高效、生物浓度高、固液分离效果好等优点[21]。因此，本研究采用水性聚氨酯(waterborne polyurethane，WPU)为包埋材料制作硝化包埋颗粒，研究盐度及曝气时间对包埋颗粒短程硝化效果的影响，并以盐度为控制因素探究其对连续流短程硝化反应器启动及运行的影响，以期为包埋固定化技术与短程硝化工艺的耦合脱氮提供参考，并为含盐废水的处理提供参考。
1.1. 包埋颗粒的制备
实验所用硝化污泥取自青岛市某污水处理厂消化池，具有良好的硝化性能。选取一定量的污泥，采用0.1 mol·L?1盐酸进行酸化处理，之后采用去离子水和PBS缓冲溶液各洗3次，以去除污泥中残留的
1.2. 批次实验
为研究不同盐度对包埋颗粒短程硝化反应过程的影响，采用6个250 mL的锥形瓶作为SBR进行批次实验，图2为实验反应装置。包埋颗粒投加率为10%，初始
在SBR反应系统中，继续进行不同曝气时间下的批次实验，运行条件与不同盐度下的批次实验条件相同。每隔2 h取水样，测定一个SBR周期(12 h)内各形态氮(
式中：ηA为氨氮去除率；ρ进水(
1.3. 连续流UASB反应器启动实验
实验采用连续流的升流式厌氧污泥床(up-flow anaerobic sludge bed，UASB)反应器，实验装置见图3。反应器由有机玻璃制成，有效容积为5 L，采用下部进水，上部出水的方式。包埋颗粒投加率为10%。反应器上部设有溢流堰，防止包埋颗粒随出水流出。以曝气砂头曝气，维持曝气量为0.1 L·min?1；通过加热棒维持反应器内温度为30 ℃，通过NaHCO3维持pH至7.5~8.0，HRT为8 h。周期结束后，检测出水ρ(
1.4. 实验水质
实验采用人工模拟废水，1.5. 水质分析方法
1.6. 反应动力学
取25 mL成功启动短程硝化反应器的包埋颗粒于250 mL锥形瓶中，加入模拟废水。以NH4Cl配制不同浓度的2.1. 不同盐度及曝气时间下的批次实验
不同盐度对包埋颗粒短程硝化的影响。以硝化污泥制作包埋颗粒，按填充率10%投入反应器中。通过批次实验研究不同盐度对包埋颗粒短程硝化反应的影响，反应器进水
由图4(a)可知，由于NaCl的突然加入，系统内的微生物活性出现了短暂的下降，分析认为，可能是微生物不能马上适应在盐环境下生长，活性受到抑制。此时ρ(NaCl)为0 g·L?1的系统中ηA最高。运行一段时间后，包埋颗粒系统中的微生物开始适应盐环境。这可能是由于在长时间的选择与淘汰中，包埋颗粒系统中不能适应有盐环境的微生物受到抑制，能适应环境的菌群通过不断调节已经从被迫改变到积极适应[24]，成为优势菌群[25]，使处理效果有了进一步提高。从第4天开始，ρ(NaCl)为5 g·L?1和10 g·L?1的系统中，ηA开始呈现上升趋势，并分别在第9天和第8天超过ρ(NaCl)为0 g·L?1的系统；随着反应器的持续运行，ηA逐渐趋于稳定。其中ρ(NaCl)为0 g·L?1时，ηA始终维持在45%以上；ρ(NaCl)为5 g·L?1系统中，ηA在第9天后稳定在50%左右，ρ(NaCl)为10 g·L?1系统中，ηA在稳定运行后维持在55%以上；ρ(NaCl)为20 g·L?1的系统中，ηA也存在上升趋势，但低于0 g·L?1的系统；而ρ(NaCl)为30 g·L?1和50 g·L?1系统中，高盐环境使AOB和NOB的活性被抑制，氨氮去除受到影响，稳定运行后ηA仅为20%左右。
由图4(b)和图4(c)可知，ρ(NaCl)为0 g·L?1和5 g·L?1系统的RNAR基本为0%，而R硝酸盐积累率可达到40%以上，系统中的
由此可见，盐度可作为脱氮系统中脱氮种群的抑制剂，在长期运行条件下，NOB菌群的活性被抑制，实现AOB菌群的优化，使短程硝化过程得以实现；但是盐度过高也会抑制AOB的活性。在不同的盐度条件下，AOB和NOB受到的抑制程度不同；在相同的盐度条件下，AOB比NOB有更强的耐盐性。叶柳[26]通过微生物计数实验(MPN法)发现，虽然盐度对AOB和NOB都有抑制作用，但2种菌群对盐度的适应能力不同，AOB的耐盐能力要强于NOB；雷中方[27]通过实验证明，废水中含盐量的增加，可能导致微生物的正常代谢功能遭到破坏；CUI等[28]的研究表明，无机盐对NOB有较强的抑制能力，可以通过向普通废水中投加无机盐实现短程硝化。通过分析可知，当盐度超过10 g·L?1时，NOB的活性受到抑制；超过20 g·L?1时，盐度的升高使细胞渗透压增大[29]，不利于细胞内底物和氧的传递，导致AOB的活性也受到抑制。因此，10 g·L?1 NaCl浓度下短程硝化效果较好，可作为包埋系统短程硝化反应器的启动盐度。
由图5可见，ρ(NaCl)为0 g·L?1的系统中，ηA呈现先上升后下降的趋势，曝气时间为8 h时达到最大值47%，随后开始下降；RNAR随曝气时间的增加而下降，基本趋于0%。ρ(NaCl)为5 g·L?1时，ηA在8 h时达到最大值41%，而RNAR仅为3.04%。ρ(NaCl)为10 g·L?1，曝气时间为8 h时系统的短程硝化效果最好，此时系统出水ρ(
由图5可知，各系统在不同曝气时间下包埋颗粒短程硝化的效果是不同的。进水ρ(NaCl)为10 g·L?1，曝气时间为8 h时RNAR最高，短程硝化稳定性最好。虽然在低DO环境下，AOB对氧的亲和力大于NOB，但当曝气时间超过8 h时，NOB会逐渐适应低氧环境，且大量
2.2. 盐度对连续流UASB包埋颗粒短程硝化反应器启动的影响
由批次实验可知，10 g·L?1 NaCl浓度可用于启动包埋颗粒短程硝化反应器。图6为连续流UASB反应器运行期间进、出水中
盐度对短程硝化反应的影响在目前研究中的结果并不一致，就现有的研究[31]看，不同的工艺类型以及接种的生物来源(盐度驯化种群、非盐度驯化种群、或者耐盐种群)和处理废水类型(在大多数研究中采用人工配水)可能是造成目前研究很不一致的重要因素。王淑莹等[25]采用全程硝化反硝化研究SBR工艺的脱氮效果发现，7.5 g·L?1的NaCl浓度可以作为活性污泥系统短程硝化反硝化的启动盐度；一定浓度的NaCl盐度可以作为一种化学抑制剂实现对硝化菌的选择性抑制。崔有为等[32]的实验结果表明，采用MUCT工艺处理低含盐量的生活污水，在不超过8 g·L?1的盐度环境内，生物可以实现良好的处理效率，亚硝酸盐积累明显；叶柳等[24]在使用MUCT工艺处理含盐生活污水时，稳定盐度在10 g·L?1后，在好氧段实现了高的亚硝酸盐积累，从而通过回流至缺氧段实现了短程脱氮。由此可见，在不同的运行工艺条件下，盐度对短程硝化反应会造成不同的影响。此外，有研究[32]表明，不同功能菌群对盐度耐受能力与盐度实施的选择作用有关，不同种属的微生物或不同功能的微生物耐盐能力有差异，这种差异表现在应对盐度抑制时不同的调节能力上。
2.3. 包埋颗粒的基质动力学特性
选用成功启动短程硝化反应器的包埋颗粒，在10 g·L?1盐度、8 h的曝气时间下进行动力学实验，以测定包埋颗粒的基质动力学特性。包埋颗粒的短程硝化动力学过程受式中：v为反应速率，kg·(kg·d)?1；vmax为最大反应速率，kg·(kg·d)?1；S为基质浓度，mmol·L?1；Km为半速率常数，mmol·L?1；Ki为半抑制常数，mmol·L?1。实验测得，包埋颗粒短程硝化速率与基质浓度的对应关系见表1。
通过origin软件，以Haldane模型对表1中实验数据进行非线性拟合，得到包埋颗粒对NH4+-N的动力学方程。由基质浓度降解曲线，计算出包埋颗粒的最大氨反应速率(SAA-
2)在NaCl浓度为10 g·L?1，曝气时间为8 h的条件下可实现包埋颗粒UASB反应器的初步启动，ηA和RNAR分别可达到50%和80%以上；基质动力学研究表明，包埋颗粒对氨氮的动力学特性符合Haldane基质抑制动力学模型，包埋颗粒具有优良的动力学特性。此项研究可为含盐废水的氨氮处理提供参考。
参考文献
