表2 不同阶段SBR的运行参数
3.1.1 反应器启动（1-164 天）
CANON工艺是用SBR（ 18升）来研究光电废水的处理问题。将载体引入到这个支架分反应器中，以支持微生物的生长。反应器启动时使用NLR为10g/m3/d和HRT为18天。图2（a ）展示出在启动期间氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的进水和出水情况以及脱氮效率。经过90天实验NLR增加至33g/m3/d而HRT下降到6天。溶解氧水平一直维持低于1 mg·L-1（图3），因为1 mg·L-1或以上的溶解氧会导致高硝酸盐含量的出水，从而抑制了厌氧氨氧化活性（图3）。
图2 含氮化合物进水和出水情况，以及脱氮效率
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在此期间（1-24天）的脱氮效率下降至约20％。然而，可通过保持溶解氧在一个较低的水平来恢复厌氧氨氧化活性，总氮的去除率是从25-44天提高到60％。 Strous等（1997）也指出，高溶解氧对厌氧氨氧化活性的抑制是一个可逆的现象。
在第45天，将反应器打开重新放置生物载体。在88天出水中的硝酸浓度急剧上升到超过100 mg·L-1时， TN的去除效率急剧降低（图2a）。 在配置变更时期带来的DO浓度的冲击可能是使系统活性降低的原因。此外，在此阶段的η值比理论值（11％）更高（图4），这表明，反应器中的一部分亚硝酸盐被NOB进一步氧化成硝酸盐。因此，为了提高反应器的性能，在95天时向反应器中补充新鲜种泥，使NLR增加到33 g/m3/d，而停留时间减少到6天。该反应器性能开始复苏，在122天时TN和NH4+-N的去除率分别（图2a）提高到60％和80％。然而，在2个月（从95-164天）维持NLR为33 g/m3/d的情况下，反应器并没有达到稳态条件。TN和NH4+-N的去除率分别在40-60％之间和60-95％的变化。这是由于在启动期间的低NLR使得系统没有足够的选择压力来淘汰NOB。 NOB例如亚硝酸盐氧化硝化杆菌和硝化螺物种在系统仍保持活跃。这些NOB等通过氧化 NO2--N成NO3--N，干扰CANON过程的化学计量式，使反应器无法获得NO2-盐，从而抑制厌氧氨氧化反应（第三等人，2001）。图2（a）展示出了在120-164天，NO3--N浓度从20mg·L-1提高到约100 mg·L-1，以及在启动阶段（1-164天）NO3--N的平均浓度是61 mg·L-1。这样高浓度的NO3--N反映在反应器中存在NOB。因此，在165天时通过缩短HRT和提高底物浓度可以进一步增加选择压力。我们通过将NLRs增加到100 g/m3/d，对反应器性能进行了进一步的研究。
图3 反应器出水pH和碱度随溶解氧的变化情况
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图4 以酸铵转化效率（η）表示的亚硝酸盐和硝酸盐的变化情况
3.1.2 SBR性能研究（165-234天）
在165天到234天期间，NLR从33 g/m3/d逐步增大到400 g/m3/d，出水NH4+-N浓度变成1600 mg·L-1，以减少NOB的活性和增加厌氧氨氧化活性。从165天起，水力停留时间从6天减少到4天，并在整个实验阶段保持不变。可以看到亚硝酸盐在反应器中逐渐积累（图2b）。但是，在此阶段亚硝酸盐的这个积累水平（约35 mg·L-1）并不能抑制厌氧氨氧化反应（Strous等人，1999）。在205天和234天期间η的值从50％逐渐减少到10％（图4），平均值为10％（接近理论值）。这一结果表明，由AOB产生的亚硝酸盐，主要是被厌氧氨氧化菌利用了。TN和NH4+-N的去除率分别提高到约90％和100％，并维持这些值4倍HRT以上的时间（图2b）。
3.1.3 DO、NO2-盐、NH4+和NO2-的抑制研究（235-373天）
在NLR为400 g/m3/d时，CANON工艺能够成功地处理含NH4+-N浓度为1600 mg·L-1的废水。然而，一旦进水NH4+-N浓度和曝气量分别提高到2400 mg·L-1（NLR 为600 g/m3/d）和0.6 L·min?1时，反应器性能急剧下降（图2c）。 高η值（>90％）表明由于反应器中NO2-盐（在166 mg·L-1浓度）、NH4+（FA，提高到146 mg·L-1水平）和NO2-（FNA，6.7μg·L-1）的积累，抑制了CANON反应（图2c和辅助文件的图S1）。高浓度的NO2-盐（超过100 mg·L-1）、FA（高于20 mg·L-1）和FNA（高于0.5μg·L-1）已被报告是厌氧氨氧化菌抑制剂（Strous等，1999;。费尔南德斯等人，2012）。Strous等（1999）发现，当NO2--N浓度增加到超过100 mgN·L-1，导致NO3--N在反应器中的水平增加，培养基中厌氧氨氧化过程中会完全受抑制。类似的结果在我们的研究中也可以观察到，因为从图2（c）看出，在235-246天SBR中NH4+-N和NO3--N的出水浓度增加。随着FNA和FA的抑制水平上涨（图S1），NLR负荷与厌氧氨氧化活性不足，通气量从0.4 L·min?1突增到0.6 L·min?1，这是亚硝酸盐含量增加的主要原因。在247天之后，停止对反应器进料和充气，直至NO2-盐水平降低至10 mg·L-1。NLR逐步降低至200 g/m3/d，曝气以0.5 L·min?1的速度引入到反应器中。然而，在253-262
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天期间，NH4+-N、NO2-和NO3-的出水浓度分别增至1000 mg·L-1、100 mg·L-1和40mg·L-1（图2c）。因此，在接下来的43天（HRT的10倍以上）NLR进一步下降（263天），并维持在100?125 g/m3/d。在这样的NLR水平下，该反应器的性能不能得到改善，但出水中FA和NO2-盐浓度分别小于20 mg·L-1和50 mg·L-1。在263-305天期间，无论是TN还是NH4+-N的去除率都在5-15％的范围内（图2（c））。这表明，高浓度的FA和FNA的存在下带来的高浓度NO2-盐（> 100 mg·L-1）已经不可逆地抑制了厌氧氨氧化活性。在235和305天期间，MLSS和MLVSS的平均浓度分别为3300 mg·L-1和1700 mg·L-1。为了恢复厌氧氨氧化活性，306天时，用新鲜种泥（31克）替换掉反应器中的一部分原污泥（16克）。在接下来的68天（HRT的17倍）内保持NLR为109 g/m3/d。可以再次观察到亚硝酸盐的积聚，其浓度达到92 mg·L-1，暂时对厌氧氨氧化过程中产生不利影响。在340-373天期间，反应器的性能得到恢复，达到约90％的TN去除率和100％的NH4+-N去除率（图2（c））。此外，η的值下降到11％，这表明在340-373天期间CANON反应在反应器中占优势。类似渗透阶段，通过向反应器中加入碱性物质，保持pH在7.0和8.0之间（图3）。
3.1.4高氮负荷率研究（375-487天）
在这个阶段中，NLR呈指数增长，从109 g/m3/d增加到909 g/m3/d（可能是NLR最大值）。当NLR为909 g/m3/d，进水NH4+-N浓度为3636 mgN·L-1，其表示在本研究中使用的是实际中光电工业废水的NH4+-N浓度。SBR能够在这个高NLR（909 g/m3/d）下成功地处理污水超过1.5个月（约11倍HRT）。 η的值总是接近11％（图4），表明在375-487期间，在反应器中CANON是主导反应。图 2（d）表示在此阶段的氮化合物的情况，表3表示出CANON工艺中的SBR在稳态状况下（454-487天）不同的参数的平均值。从中可以看出，在稳态条件下的平均脱氮效率非常高（TN和NH4+-N的去除率分别约为89％和98％以上）（图2（d）和表3）；NH4+-N和NO2--N平均出水浓度分别均小于90 mg·L-1和10 mg·L-1； 反应器中FA和FNA的平均浓度分别小于2 mg·L-1和1μgN·L-1；MLSS和MLVSS逐渐升高并分别稳定在9500 mg·L-1和6500 mg·L-1。最大脱氮率（NRR）在这个阶段是825 gN/m3/d。在文献中，许多作者已经报道了通过短程硝化-厌氧氨氧化过程产生的高NRR，但大多数都是利用合成废水或消解酒或使用两步过程进行研究（Cho等，2011;。乔斯等。 ，2009; Sliekers等，2002;。第三等人，2001年，2005年）。与此相反，本研究是将短程硝化加上厌氧氨氧化工艺应用在单个反应器中，从而成功治理富含高浓度氨的工业废水。
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表3 CANON工艺中的SBR在的稳态条件下（454-487天）的不同参数的平均值
3.2.温度对CANON工艺的影响
温度是微生物生长最重要的物理参数之一，其最佳值是指从一个物种变化到另一个物种的时候的温度。在这项研究中，我们对温度对CANON工艺的性能的影响进行了评价。在启动阶段为厌氧氨氧化菌的最适生长，反应器的温度保持在37℃；随后在95-199天期间，反应器温度降低，并维持在25℃；在第200-415 天，反应器在环境温度下运行，温度在17°C和36°C之间变化（图5）。但是，为了避免在冬季（低于17℃）反应器的温度进一步下降，这时在416天之后保持了适当的温度（25°C）。温度的变化对反应器性能没有显著影响，除了在235-340天期间，由于亚硝酸盐对厌氧氨氧化菌的抑制作用使反应器表现不佳。此结果与由Dosta等人（2008年）进行的研究一致。据他们的研究报道，厌氧氨氧化菌在18°C 和30°C之间能成功地成长；在温度超过45°C时由于细胞溶解而失去其活性；低于15℃，系统中的亚硝酸盐会积累。实现短程硝化即好氧氨氧化菌（AOB）增长的最适温度也被认为是在30℃和35℃之间（Gu等，2012）。并且，AOB也可以适当地在低温（11-16℃）和中温（20-25°C）范围内生长（Guo等，2009; Gu等，2012）。此外，表4概括了温度对SBR不同阶段的各种参数的影响。特定的厌氧氨氧化活性（SAA）是33.5℃（0.153g N g VSS?1 d?1），高于25°C（0.132g N g VSS?1 d?1）。然而，从表4和图2中可以看出，这并不影响该反应器的性能。在25℃时的NRRs比33.5°C的高，TN和NH4 +-N的去除率在两个温度下相似。本研究进一步证实，介于17℃和35之间的温度并不是影响厌氧氨氧化菌生长的关键因素。因为厌氧氨氧化菌可以在一个很宽的温度范围内很好地生长，并不影响反应器的性能。
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