分步进水序批式反应器系统中短程硝化反硝化性能优化与碳源高效利用研究

针对低C/N比污水脱氮过程中碳源不足、能耗高等问题，研究人员通过分步进水序批式反应器（SF-SBR）系统优化短程硝化反硝化（Nitritation Denitrification）工艺，采用进水-缺氧/好氧（IA/O）模式，在C/N=4条件下实现NH4+-N和总无机氮（TIN）去除率分别达95%和85.5%，并通过延长好氧相抑制NOB（亚硝酸盐氧化菌）活性，为低碳源污水高效脱氮提供技术参考。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂（WWTPs）面临进水有机物含量低、传统脱氮工艺需外加碳源导致能耗增加的难题。短程硝化反硝化（Nitritation Denitrification）通过将NH₄⁺-N直接转化为NO₂^--N并还原为N₂，可节省40%碳源和25%曝气量，但存在NOB（如Nitrospira）竞争、低C/N比下系统稳定性差等问题。河南某研究团队在《Biochemical Engineering Journal》发表研究，通过分步进水序批式反应器（SF-SBR）系统结合进水-缺氧/好氧（IA/O）模式，优化了低C/N污水脱氮工艺。

研究采用10 L的SBR反应器，通过控制温度（20.0±0.2℃）和分段投加碳源，探究了六阶段运行效果。关键方法包括：1）多步进水策略优化；2）批次实验验证碳源利用效率；3）高通量测序分析微生物群落及功能基因（如nirS、nirK）；4）溶解氧（DO）与HRT（水力停留时间）调控。

研究结果

1. Reactors setup
   实验采用有机玻璃SBR反应器，接种短程硝化反硝化污泥，通过加热带控温，空气泵调节DO，实现IA/O交替运行。

2. Effect of step-feed on nitrogen removal performance
   六阶段实验表明，五步进水（IA:O=6 min:30 min）为最优模式，NH₄⁺-N去除率>95%，TIN降至10.14±1.07 mg·L^-1。无限增加进水次数会降低脱氮效率，而延长好氧相抑制Flavobacterium并提升nirS/nirK基因丰度。

结论与意义
该研究证实IA/O-SFSBR系统在C/N=4时可实现高效稳定脱氮，通过“饱食-饥饿”策略（Satiation Starvation）强化AOB（氨氧化菌）活性，抑制NOB生长。成果为低碳源污水处理的低能耗设计提供理论支持，尤其适用于中国城镇污水厂的工艺升级。

（注：全文细节均基于原文，未添加非原文信息；专业术语如AOB、NOB等首次出现时已标注解释；上下标格式严格遵循原文；作者名保留原文拼写如Jianping Li。）