图 6 是 不 同 运 行 周 期 厌 氧 段 NH4+-N、NO2--N 和 NO3--N 的浓度变化。由图 6（a）可知，HCB 对氮的去除随着运行过程的变化不大，在反应器运行的第 8、22 和 60 天 ，厌 氧 阶 段 氨 氮 浓 度 分 别 降 低 了19. 51、23. 61、23. 97 mg/L，去除率分别为 48. 6%、59. 4%、60. 2%。同时研究发现，沸石颗粒对氨氮的吸附在厌氧阶段开始的 1 h 后基本达到平衡，其氨氮去除速率稳定在 16~20 mg/(L·h)。进一步研究发现，厌氧阶段硝态氮和亚硝态氮的浓度几乎为0，说明前一周期好氧阶段生物膜内反硝化比较完全，生物膜内没有出现硝态氮的积累。图 6（b）显示了连续污水处理周期，厌氧段氨氮具有稳定的去除率。进一步证明了整个工艺过程中混合填料内沸石吸附氨氮能力的持续性和可再生性。Cheng 等[9] 和 Hossain 等[10]的研究表明，在好氧阶段沸石颗粒所吸附的氨氮能够被好氧硝化，同时反硝化聚糖菌利用胞内 PHAs 在生物膜内的厌氧区进行反硝化，从而达到脱氮和沸石颗粒再生的目的（图 6（c））。

                  图 7 为稳定运行条件下（第 60 天）典型污水处理周期 HCB 和沸石填料反应器在厌氧阶段的氨氮去除率。结果表明，HCB 填料反应器氨氮的去除率为 60. 2%，低于沸石填料反应器（81. 7%）。这主要是由于相对混合填料反应器，沸石填料反应器具有较高沸石颗粒占比（100% vs 50%）以及较低的有效污水处理体积（150 mL vs 370 mL）。

                 2. 4 生物群落的演变

                  为了研究混合填料反应器在运行过程中生物膜群落结构的变化，在反应器稳定运行第 65 天分别从 沸 石 和 HDPE 填 料 表 面 采 集 生 物 膜 ，进 行 16S rRNA 基因测序分析 ，其中 ，属水平结果如图 8 所 示。与初始活性污泥（AS）相比，混合填料反应器生物膜中的 GAOs 菌属的相对丰度显著提升：在沸石表面生物膜中提升约 14. 35 倍（0. 46%→6. 60%），在 HDPE 填 料 表 面 生 物 膜 中 提 升 约 30. 43 倍 （0. 46%→14. 00%），说明与沸石填料相比，HDPE填料更加有利于聚糖菌（GAOs）的富集。生物膜中的 GAOs 菌 属 包 含 Candidatus Competibacter 和Defluviicoccus，其中 Candidatus Competibacter 为主要 的 GAOs 菌 属 ，占 比 达 93%。 有 研 究 表 明 ，Candidatus Competibacter 和 Defluviicoccus 的 某 些分支具有反硝化功能（DGAOs）[12, 19]。生物膜中的反 硝 化 菌（DNB）包 含 Thauera、Comamonas 和Rhodobacter[20]，这类细菌在不同填料表面的生物膜中 相 对 丰 度 差 异 较 小 。 在 生 物 膜 中 还 检 测 到Pseudomonas 相对丰度提升，研究报道了这一菌属为好氧反硝化菌（ADB）[21]，在好氧条件下能够进行反硝化。填料表面的生物膜组成同填料表面物理化学特性有着密切的关系[22]。

                      2. 5 不同填料反应器长期污水处理负荷

                      图 9 为沸石颗粒填料和混合填料反应器长期污水处理负荷。结果显示，单级混合填料反应器 COD处理负荷为 0. 38 kg/(m3·d)，是沸石颗粒填料反应器的 2. 5 倍。主要原因为，相比于沸石颗粒填料反应器的低孔隙率（约为 25%），混合填料反应器由于混了 50% 体积的多孔塑料填料，使得反应器孔隙率增 加 了 一 倍 约 52%。 在 COD 去 除 率 相 近 的 条 件下，高孔隙率有助于提高反应器单次处理负荷。随着反应器的运行，由于生物膜的生长，沸石颗粒反应 器 单 次 污 水 处 理 体 积 降 低 约 35%，从 而 导 致COD 处理负荷相应降低。同样的，沸石颗粒反应器总氮去除负荷由 0. 014 kg/(m3·d)降低到 0. 012 kg/(m3·d)，降低约 14%。然而，单级混合填料反应器COD 和总氮去除负荷分别只降低了约 6% 和 3%。

                       2. 6 双级反应器强化污水处理效能

                      为了进一步提升出水水质，在单级混合填料反应器的基础上增加一级反应器构成双级反应器。污水在第 1 级反应器（R1）的厌氧阶段结束后，进入第 2 级反应器（R2）进行缺氧处理。图 10（a）为双级反应器系统在不同 HRT 条件下（阶段Ⅰ为 12 h，阶 段Ⅱ为 6 h）COD 的去除效率。数据显示，阶段Ⅰ和阶 段 Ⅱ 的 COD 平 均 去 除 率 分 别 为 93. 1% 和91. 9%，平 均 出 水 浓 度 分 别 为 34. 7 mg/L 和 42. 0mg/L。降低 HRT 并未影响系统 COD 的去除率。 当 HRT=12 h，R1 反应器的 COD 去除率为 83%，出水 COD 浓度约为 80 mg/L。随着 HRT 的降低， R1 反应器的 COD 去除率降低到 61%，出水 COD 浓度增加到约 200 mg/L。说明降低 HRT 使得更多的COD 进入第 2 级反应器（R2）中，这有助于提升 R2反应器进水的碳氮比，从而在理论上可以提升反应器 R2 的反硝化和总氮去除能力。

                     图 10（b）为双级反应器系统在不同 HRT 条件下总氮的去除效率。结果显示，随着 HRT 的降低，总氮的平均去除率分别由 70. 8% 增加到 81. 7%，出水 总 氮 平 均 浓 度 由 11. 9 mg/L 降 低 至 7. 1 mg/L。其 中 ，出 水 氨 氮 平 均 浓 度 分 别 为 6. 2 mg/L 和 6. 0mg/L（图 11）。相比于单级混合填料反应器，在相同 HRT（6 h）运 行 条 件 下 ，总 氮 去 除 率 提 升 了 约13. 2%。进一步分析发现，反应器 R1 出水水质无明显变化，反应器 R2 的出水硝酸根浓度由原来的平均 5 mg/L 降低到 1 mg/L 以下（图 11（b））。这主要是由于降低 HRT 导致 R2 进水 COD 增多，有更多的碳源用于 R2 的反硝化反应。

                    3 结论

                   1）以周期性厌氧-好氧模式运行的单级混合填料 反 应 器 ，其 COD、氨 氮 和 总 氮 的 去 除 率 分 别 为89. 2%、57. 5% 和 57. 5%，出水 COD、氨氮和总氮平均浓度分别为 54. 5、16. 8、16. 8 mg/L。单级混合填料反应器反硝化完全，出水未检出硝态氮和亚硝态氮。

                    2）双混合填料反应器对 COD、氨氮、总氮的去除率分别为 93. 1%、84. 9%、70. 8%，出水 COD、氨 氮、总氮浓度分别为 34. 7、6. 2、11. 9 mg/L。降低水力停留时间（12 h 至 6 h）对双反应器系统的 COD 和氨 氮 去 除 率 影 响 不 大 ，而 对 总 氮 的 去 除 提 升 了10. 9%，更有利于反应器对总氮的去除。 

                      3）长期运行条件下，混合填料反应器处理水量降低幅度（9. 8%）为沸石填料反应器处理水量降低幅度的 40%，并且混合填料反应器的 COD 和总氮去除负荷是沸石填料反应器的 2. 5 倍和 2 倍。同 时，GAOs 在混合填料反应器的不同填料表面都得到高丰度积累，并且在 HDPE 填料表面生物膜中的相对丰度更高，达到 14.00%。

                   原标题：免曝气混合填料反应器处理生活污水的性能

                   原作者：陈申良 ，郭其艺 ,成亮 ,黎启明 ,庄琛 ,张超群 ,杨阳