前言：

随着我国经济高速发展，许多行业排放了大量高浓度含氮含有机物废水，氮和有机物的过度排放是导致水体富营养化和水环境污染的重要因素，废水污染问题也严重制约相关行业的可持续发展。因此如何确保这类废水有效处理和达标排放是《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）中工业污染防治目标实现的难点和关键。传统生物脱氮工艺往往由于废水中氨氮（NH+4-N）负荷高、碳氮比（C/N）不足，致使硝化、反硝化效率严重受限，导致出水NH+4-N和TN超标。尽管短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等新型脱氮工艺不断涌现，然而依靠单一过程作用仍然无法满足含氮有机废水同步脱氮除碳的要求。因此在短程脱氮工艺的基础上，进一步探索和开发基于高浓度含氮有机废水生物处理新技术具有重要意义。
本书汇集了笔者及其团队在高浓度含氮有机废水生物脱氮方面的最新研究成果。采用填充聚氨酯（PU）海绵为填料的序批式生物膜反应器（SBBR）处理高氨模拟有机废水，通过长期过程控制与优化，开发了一种同步好氧氧化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化脱氮单级耦合工艺，揭示系统同步脱氮除碳发生机制，旨在为高氨有机废水单级处理系统设计与技术应用提供前期的理论基础。本书共分7章，内容包括绪论、材料与方法、SBBR系统处理高浓度含氮有机废水效能、SBBR反应器生物膜微环境特性、SBBR系统微生物群落特征、SBBR反应器生化动力学，以及本书结论与展望。本书所提出的技术有望突破现有ANAMMOX工艺对C/N>1.0含氮废水处理瓶颈，为高氨有机废水一步式处理开辟更广阔的应用前景。
本书由太原理工大学周鑫著，张泽乾、张鑫爱、王共磊、陈加波等硕士生参与了部分数据整理、图片制作和文字编辑等工作。清华大学周小红教授在生物膜微电极测试方面提供了无私帮助与指导，新加坡南洋理工大学Liu Yu教授为本书的撰写和定稿提出了很多有价值的建议和意见；本书在编写和出版过程中得到了太原理工大学李亚新教授的鼓励和支持；本书的完成与出版得到了国家自然科学基金青年项目（21607111）、山西省重点研发计划项目（201803D31052）、污染控制与资源化研究国家重点实验室开放课题（PCRRF18011）及城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室开放基金等项目的支持与资助。笔者在此对所有人员在图书编写出版过程的辛勤付出表示衷心感谢。
限于著者水平及编写时间，不足与疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者
2019年5月

目录：

第1章绪论1
1.1高浓度含氮有机废水来源、特性及危害2
1.2生物脱氮工艺3
1.2.1传统硝化反硝化3
1.2.2短程硝化反硝化4
1.2.3厌氧氨氧化7
1.2.4SNAD工艺8
1.3序批式生物膜反应器研究进展11
1.3.1序批式生物膜反应器的发展及类型11
1.3.2SBBR运行方式及特点13
1.3.3SBBR处理高浓度含氮有机废水研究进展16
1.4本书编写目的与主要内容19
1.4.1编写目的19
1.4.2主要内容20
参考文献21

第2章材料与方法32
2.1实验材料33
2.1.1运行装置33
2.1.2污泥接种33
2.1.3填料34
2.1.4实验用水35
2.1.5实验所用试剂及仪器36
2.2分析方法38
2.2.1常规水质分析项目及方法38
2.2.2NH+4-N负荷计算38
2.2.3亚硝氮累积率计算39
2.2.4游离氨及游离亚硝酸盐浓度计算39
2.2.5生物量的测定39
2.2.6SEM分析40
2.2.7原子力显微镜分析40
2.2.8氧微电极分析40
2.2.9生物膜胞外聚合物（EPS）分析41
2.2.10微生物群落分析42
参考文献44

第3章SBBR系统处理高浓度含氮有机废水效能46
3.1SBBR系统挂膜启动47
3.1.1NH+4-N去除效果47
3.1.2TN去除效果48
3.2SBBR系统稳定运行49
3.2.1总体运行情况49
3.2.2R1阶段反应器脱氮效果50
3.2.3R2阶段反应器处理效果58
3.2.4R3阶段反应器处理效果65
3.2.5R4阶段反应器处理效果73
3.2.6SBBR处理高浓度含氮有机废水影响因素78
3.3本章小结83
参考文献84

第4章SBBR反应器生物膜微环境特性87
4.1聚氨酯海绵填料特性88
4.2生物膜形貌及微生物相分析90
4.3生物膜EPS分析92
4.3.1傅里叶红外光谱特性分析92
4.3.2三维荧光分析94
4.4生物膜氧微电极分析98
4.4.1生物膜内部溶解氧分布情况99
4.4.2生物膜内微结构探究103
4.4.3溶解氧在生物膜内传质动力学研究106
4.5本章小结109
参考文献110

第5章SBBR系统微生物群落特征115
5.1不同阶段微生物种类丰度及多样性116
5.2不同阶段微生物群落差异性分析117
5.3不同阶段微生物群落在高分类水平结构分析119
5.4不同阶段菌属分析122
5.4.1不同阶段属水平菌群结构特征122
5.4.2不同阶段脱氮功能菌属分析123
5.5微生物群落结构同环境因子对应关系129
5.6本章小结130
参考文献131

第6章SBBR反应器生化动力学136
6.1反应动力学模型的建立137
6.1.1一阶基质去除模型137
6.1.2莫诺接触氧化动力学模型138
6.1.3改进型Stover-Kincannon模型139
6.2反应器NH+4-N去除动力学分析140
6.2.1一阶基质去除动力学模型140
6.2.2莫诺接触氧化动力学模型141
6.2.3改进型Stover-Kincannon模型141
6.2.4模型验证与SBBR系统NH+4-N去除效能评估142
6.3反应器TN去除动力学分析143
6.3.1一阶基质去除动力学模型143
6.3.2莫诺接触氧化动力学模型144
6.3.3改进型Stover-Kincannon模型144
6.3.4模型验证与TN去除效能评估146
6.4反应器COD去除动力学分析147
6.4.1一阶基质去除动力学模型147
6.4.2莫诺接触氧化动力学模型147
6.4.3改进型Stover-Kincannon模型148
6.4.4模型验证与COD去除效能评估150
6.5本章小结151
参考文献152

第7章本书结论与展望154
7.1结论155
7.2展望157