3、结果与讨论

3.1.乙酸"充足-匮乏"状态判定

虽然DO可作为好氧代谢底物状态的指标，但对缺氧系统无效。本研究通过COD消耗曲线（图1）结合pH变化判定：乙酸快速消耗导致pH突跃（因其弱碱性），拐点与COD耗尽吻合；内源反硝化期因有机物矿化产生CO2溶解导致pH微降。因此pH可作为更优的实时判定指标。

3.2.乙酸"充足-匮乏"条件下的异养短程反硝化性能

3.2.1.RBCOD/NO3-比对亚硝酸盐积累的影响

如图1所示，RBCOD/NO3-=1.4-3.5时均出现亚硝酸盐积累，但积累水平不同。当比值≤2.1时，亚硝酸盐积累以硝酸盐不完全还原为代价；比值≥2.5时可实现硝酸盐完全还原，但比值3.5会导致亚硝酸盐后续还原。理论计算（基于Yobs，AN=0.53 mgCOD/mgCOD及硝酸盐→亚硝酸盐耗氧当量1.14 mgO2/mgNO3--N）得出最佳RBCOD/NO3-=2.4，但实际因亚硝酸盐同步还原需更多电子供体，实验确定最佳值为2.5。

3.2.2.电子受体对亚硝酸盐积累的影响

阶梯投加硝酸盐实验（图3）表明：无论乙酸充足或匮乏期，硝酸盐存在均优先被还原并导致亚硝酸盐积累；硝酸盐耗尽后亚硝酸盐才开始还原。说明硝酸盐的存在是亚硝酸盐积累的关键因素。

3.2.3.外源与内源代谢效率及污泥产率比较

如表1所示，外源反硝化的VNa和VNi分别是内源反硝化的6倍和7.5倍，证实外源代谢更有利于硝酸盐还原酶活性。Yobs，AN由外源期的0.671 mgCOD/mgCOD降至内源期的0.364 mgCOD/mgCOD，表明内源代谢可显著减少剩余污泥产量。

3.2.4乙酸"充足-匮乏"条件下pH对N2O排放的影响

与氨氧化过程必然产生N2O类似（Yang等，2009），在pH 6.5-7.5的受控条件下，缺氧末期亚硝酸盐的内源反硝化也会促进N2O排放（Itokawa等，2001）。但本研究发现，乙酸匮乏期内源反硝化阶段几乎未检测到N2O产生。考虑到pH通过影响N2O还原酶活性（Law等，2011）及其在未调节反硝化过程中的上升趋势，本研究进一步在初始硝酸盐80 mg/L、RBCOD/NO3-=2.1条件下探究pH的影响：1#反应器（R1）添加0.1 M HCl缓冲液维持pH 7.4±0.2，2#反应器（R2）不调控pH。

如图4所示，R1的NAR始终高于R2，表明pH 7.4±0.2条件下亚硝酸盐还原酶活性相对pH>9.0时更低。但中性环境（pH 7.4±0.2）会促进内源反硝化末期的N2O排放。Liu等（2010）曾指出，N2O还原酶的翻译/组装对低pH的敏感性高于反硝化过程中的其他还原酶（如亚硝酸盐还原酶）。这表明，在缺乏外源乙酸时，碱性环境（pH 9.0-9.6）更有利于维持N2O还原酶活性。相较维持高pH，在匮乏期结束前终止短程反硝化更能有效避免N2O排放，这在实际碳源限制应用中具有可行性。

3.3批次流模式下的高NAR控制策略

为实现实际应用中理想的亚硝酸盐积累，在初始RBCOD/NO3--N=2.7条件下研究了批次流模式的短程反硝化性能。鉴于RBCOD/NO3-<3.5时外源反硝化更有利于亚硝酸盐积累，建议通过pH拐点判定乙酸耗尽时刻来终止反应。

如图5所示，亚硝酸盐积累伴随硝酸盐还原与乙酸消耗同步发生。RBCOD/NO3--N=2.7条件下，乙酸充足期结束时能实现硝酸盐完全还原。利用pH指示功能，当pH曲线出现拐点时立即投加乙酸-硝酸盐混合基质，可使硝酸盐还原速率与亚硝酸盐积累速率保持稳定（NAR维持在60%）。尽管第三阶段反应速率略有下降，但通过pH拐点控制仍能实现60%的高NAR。此外，由于批次流模式通过分段投料维持乙酸充足状态，且内源反硝化末期pH维持在9.4左右，全程未检测到N2O（图5未显示数据）。因此，以乙酸为唯一有机电子供体时，推荐采用"pH拐点触发投料或终止反应"的控制策略，兼顾高NAR与低N2O排放。

4.结论

（1）RBCOD/NO3-=2.5时可获得71.7%的理想NAR，并在硝酸盐完全还原条件下实现0.364 mgCOD/mgCOD的低污泥产率；

（2）RBCOD/NO3-<3.5时，外源反硝化比内源反硝化更有利于亚硝酸盐积累；

（3）RBCOD/NO3-=2.7的批次流模式中，通过pH精准指示"充足-匮乏"状态，可实现60%的高NAR；

（4）碱性环境（pH 9.0-9.6）能有效抑制乙酸匮乏期内源反硝化的N2O排放。