在高氨浓度厌氧消化污泥上清液处理过程中，对比评估两种不同反应器高度与宽度比例下悬浮污泥的处理效果

《Process Safety and Environmental Protection》：Comparative Evaluation of Suspended Sludge Performance at Two Reactor Height-to-Width Ratios for High-Ammonia Anaerobically Digested Sludge Supernatant Treatment

硝化反硝化工艺处理高氨氮厌氧消化上清液，对比H/W比4.8（R1）与2.8（R2）SBR反应器的性能差异。研究表明R2微生物活性更高（AOB达0.57 gN/gVSS/d，反硝化活性6.32 gN/gVSS/d），但R1污泥沉降性更优（SVI30=90 mL/g vs 120 mL/g）。两者均保持99%以上氨氮去除率，但R2总无机氮去除效率（97%）优于R1（95%）。微生物群落以Nitrosomonas（AOB）和Thauera（反硝化菌）为主，无显著组成差异。H/W比通过影响水力剪切力调控EPS组成（R1 PN/PS=3.2，R2=1.8），进而影响污泥沉降性能。研究证实低H/W比提升处理效率但恶化沉降，高H/W比反之，为工程优化提供理论依据。

　　本研究通过对比两种具有不同高度与宽度比（H/W）的序批式反应器（SBRs）处理高氨氮厌氧消化污泥上清液的效果，探讨了反应器几何结构对处理性能的影响。研究中的两个反应器R1和R2在体积保持一致的前提下，分别采用了4.8和2.8的H/W比，同时保持相同的表观气速（SGV）为1.2 cm/s，从而确保了实验的可比性。实验结果表明，无论采用哪种H/W比，两个反应器均实现了约99%的氨氮（NH??-N）去除率。在总无机氮去除效率方面，R1达到了95%，而R2则达到了97%。此外，R1表现出更好的污泥沉降性能，其最终的SVI??值为90 mL/g，相比之下，R2的SVI??值为120 mL/g。这些结果揭示了H/W比在提升微生物活性和氮去除效率方面的积极作用，同时在改善污泥沉降性能方面具有优势。

研究发现，R2中的微生物活性更高，其最大氨氧化菌（AOB）和反硝化菌的活性分别为0.57 g N/g VSS/d和6.32 g N/g VSS/d，相比之下，R1中的对应值分别为0.49 g N/g VSS/d和5.12 g N/g VSS/d。这表明，在较低的H/W比条件下，微生物的生长和代谢活动得到了更好的促进。然而，R1的污泥沉降性能优于R2，这可能与其较高的H/W比相关，较高的H/W比有助于增强污泥的紧实性和沉降能力。因此，该研究揭示了在高氨氮废水处理中，H/W比对反应器性能具有双重影响：一方面，它能够提高微生物活性和氮去除效率；另一方面，它有助于改善污泥沉降性能。

从微生物群落的角度来看，两个反应器中的主要功能微生物包括氨氧化菌Nitrosomonas和反硝化菌Thauera，它们在两种反应器中均占主导地位。尽管H/W比不同，但两个反应器的微生物组成结构相似，这表明反应器几何形状对微生物群落的结构影响较小，但对功能微生物的活性具有显著影响。这种现象可能与反应器内部的流体力学条件和物质传递效率有关。较低的H/W比通常意味着更大的接触面积，从而促进了微生物与底物之间的有效接触，提高了反应效率。而较高的H/W比则可能通过增强剪切力，促进污泥的紧实，从而改善沉降性能。

在实验设计方面，两个反应器均采用了相同的运行参数，如温度（20°C）、周期交换比（50%）和表观气速（SGV），确保了实验的可比性。在操作过程中，随着水力停留时间（HRT）逐步缩短，反应器的运行周期也相应调整。在初始阶段，R1和R2均经历了较长的曝气阶段（490分钟）和较短的缺氧阶段（240分钟），而在后续阶段，曝气时间逐渐减少，缺氧时间保持稳定。这种调整有助于适应不同阶段的微生物活动需求，特别是在氨氧化菌和反硝化菌的活性变化方面。

在污泥特性方面，研究发现两个反应器的污泥沉降性能和污泥体积指数（SVI）存在显著差异。R1的SVI值较低，表明其污泥具有更好的沉降能力，而R2的SVI值较高，说明其污泥沉降性能相对较差。这种差异可能与H/W比对流体剪切力和物质传递效率的影响有关。较高的H/W比可能通过增强剪切力，使污泥更加紧实，从而改善沉降性能。而较低的H/W比可能在一定程度上削弱了剪切力，导致污泥结构较为松散，沉降性能不佳。

此外，研究还分析了反应器中的胞外聚合物（EPS）含量及其组成。EPS在污泥沉降和稳定性中发挥着重要作用，其浓度和组成可能受到反应器几何形状的影响。在R1中，尽管污泥沉降性能较好，但其EPS的组成可能较为不平衡，导致污泥结构不够紧密。而在R2中，尽管污泥沉降性能较差，但其EPS的组成更加稳定，可能有助于维持较高的微生物活性。这一现象可能与反应器内部的流体动力学条件有关，较低的H/W比可能促进了EPS的均匀分布和更有效的微生物聚集。

微生物活性测试进一步揭示了两种反应器在不同阶段的处理能力差异。R2在多个阶段表现出更高的微生物活性，尤其是在氨氧化菌和反硝化菌的活性方面。这可能是因为较低的H/W比提供了更均匀的氧气供应和底物分布，从而促进了微生物的生长和代谢活动。相比之下，R1的高H/W比可能通过增强污泥的紧实性，提高了其在长期运行中的稳定性，但可能在短期内限制了微生物的活性表现。

研究还探讨了反应器几何形状对微生物群落结构的影响。尽管两种反应器的微生物组成相似，但其相对丰度存在差异，尤其是在氨氧化菌和反硝化菌的丰度方面。R2中的Nitrosomonas和Thauera的丰度较高，表明其在氮循环过程中具有更强的活性和效率。这种差异可能与H/W比对反应器内部流体剪切力和氧气分布的影响有关。较低的H/W比可能提供了更有利于微生物生长的环境，而较高的H/W比则可能通过增强污泥的紧实性，促进了某些微生物的聚集和稳定。

研究结果表明，H/W比对高氨氮废水处理具有重要的影响。在较低的H/W比条件下，反应器能够实现更高的氮去除效率和微生物活性，这可能与更好的物质传递和氧气供应有关。而在较高的H/W比条件下，反应器表现出更好的污泥沉降性能，这可能与增强的剪切力和污泥结构有关。因此，在实际工程应用中，设计者需要根据具体需求权衡这两种反应器的性能差异，选择合适的H/W比以达到最佳的处理效果。

从工程应用的角度来看，研究提供了重要的参考价值。对于需要高氮去除效率的系统，采用较低的H/W比可能更为合适，因为它能够促进微生物的活性和代谢过程。而对于需要良好污泥沉降性能的系统，较高的H/W比可能更优，因为它有助于形成更紧实的污泥结构。此外，研究还指出，尽管H/W比对微生物群落结构的影响较小，但对微生物活性具有显著影响。因此，在设计反应器时，应充分考虑H/W比对微生物活性和污泥沉降性能的综合影响。

综上所述，本研究通过对比两种不同H/W比的SBR反应器，揭示了反应器几何形状对高氨氮废水处理性能的影响。研究结果表明，较低的H/W比有助于提高氮去除效率和微生物活性，而较高的H/W比则有助于改善污泥沉降性能。这些发现为高氨氮废水处理反应器的设计和优化提供了重要的理论依据和实践指导。未来的研究可以进一步探讨不同H/W比对其他处理参数的影响，如能耗、操作稳定性等，以期为实际工程应用提供更加全面的参考。