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针对常规工艺处理高有机污染物、高氮磷的畜禽养殖废水除碳脱氮困难、能耗高的问题,将反硝化和厌氧氨氧化(Anammox)技术结合,厌氧氨氧化耦合反硝化(Simultaneous Anammox and Denitrification,SAD)工艺应运而生,具有脱氮除碳高效、低耗、占地面积小等优点,其在养殖废水处理中的应用已成为一个技术研发热点。SAD工艺稳定运行过程中还需要进行相关影响因素的优化调控,如水力停留时间HRT、外在铁离子对于系统脱氮除碳及微生物群落的影响,相关研究较少,同时关于SAD对于TP的去除情况鲜见报道。基于此,本文针对养殖废水处理,从污泥富集培养、SAD启动特征分析、SAD稳定后优化调控等方面进行系统探索,完成了厌氧氨氧化菌(An AOB)的富集、研究了低碳氮比下SAD工艺的启动特征,分析了HRT、铁离子对SAD工艺脱氮除碳除磷效能的优化调控作用及微生物群落机理变化,以为SAD工艺处理畜禽养殖废水及其工程化提供理论参考,获得的主要结论如下:(1)探究了An AOB富集过程的脱氮及微生物群落特征。不断提升氮负荷,历经96d完成了An AOB的富集,NH4+-N、NO2--N和TN平均去除率分别达95.8%、97.0%和87.7%,TN去除负荷达到0.614kg·m-3·d-1。ΔNO2--N/ΔNH4+-N和ΔNO3--N/ΔNH4+-N平均值分别是1.30和0.20,Δp H接近0.75。富集后,污泥颜色明显变红,粒径变大,SEM图显现出更多球状物。污泥的厌氧氨氧化活性(SAA)、胞外聚合物EPS和PN与PS的比值(PN/PS)都明显增加,Sobs、Shannon指数下降,反应器内菌群多样性整体下降。浮霉菌门Planctomycetota丰度由4.6%增加到11.2%,Candidatus Brocadia和Candidatus_Jettenia都由0分别增至1.0%和1.5%,即An AOB不断富集。(2)探究了低C/N比条件下SAD启动的特征。P1阶段用时较长(33 d),启动后期SAD除碳脱氮性能良好,氮素去除率均达90%以上,COD平均去除率超过74.83%。P6阶段TN浓度达700mg·L-1时,此时已超体系的负荷限值,NH4+-N和NO2--N去除率分别减至79.39%和92.24%。经过高氮负荷的短期抑制后,SAD脱氮除碳效果恢复较快。ΔNO3--N/ΔNH4+-N整体降至0.05左右。随负荷提升,污泥表面球状物不断增加,An AOB不断生长,PN、PS量都在增长,PN/PS值缓慢从6.1增加至7.8。SAD在负荷变化过程中的性能与微生物特征密切相关,Candidatus Kuenenia一直是An AOB优势菌种,且经高负荷抑制后,Candidatus Brocadia逐渐被淘汰,Candidatus Kuenenia优势更为明显。反硝化菌(主要为Bacillus、Thauera和Denitratisoma)丰度逐渐成为最高。表明SAD工艺可在较高负荷下稳定运行,但是过高负荷会抑制相关微生物菌群的活性。(3)研究了不同HRT对稳定运行的SAD工艺的影响。突降HRT至8h比之于增大HRT至20h对于SAD脱氮除碳的影响更大,NH4+-N、NO2--N、TN、COD去除率分别降至93.4%、94.5%、90.4%和75.7%,同时过大(20h)或过小的HRT(8h)都不利于除磷,在HRT为16h时,TP去除率达到最高为67.2%。整体ΔNO2--N/ΔNH4+-N、ΔNO3--N/ΔNH4+-N、反硝化和Anammox脱氮贡献率的平均值分别为1.31、0.03、14.1%和85.9%。HRT变化对SAA影响较小,HRT由20h降低到8h,EPS、PN和PS分别增至最大,PN/PS也增至6.6;Candidatus Kuenenia、Candidatus Brocadia和Candidatus_Jettenia为主要的An AOB属,HRT为8h时,An AOB丰度上升至13.94%,且HRT越大,An AOB丰度越低。与聚磷相关的微生物norank_f__PHOS-HE36则在HRT为16、12h时丰度更高。(4)研究了不同浓度Fe(III)对稳定运行的SAD工艺的影响。5mg·L-1Fe(III)有利于系统脱氮除碳,氨氮、亚硝氮、TN、COD、TP平均去除率分别进一步升高至98.9%、99.4%、98.3%、87.7%和66.9%,当继续提高Fe(III)浓度至10mg·L-1,会降低氨氮、TN的去除率,而TP去除率因为化学除磷加强进一步增至73.3%。Fe(III)浓度至15mg·L-1时,TN、COD和TP平均去除率分别降至93.2%、79.0%和57.4%。Δp H平均值由试验前的0.42减小至0.04,整体上计量比波动小。随着铁离子的添加(5mg·L-1),可看出荧光峰在增多(280/355nm、345~350nm/450nm和570/355nm),荧光强度也在增大,阶段III较阶段II减少一个荧光峰400/475nm。铁离子会对泥样表面的官能团产生一定影响。微生物群落分析表明,Shannon、Sobs、Ace和Chao指数在阶段I、II都减小,而阶段III明显提高。除了Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia属在Fe(III)浓度为5mg·L-1时,其相对丰度有一定增加,其他情况下An AOB都随着Fe(III)浓度增加而减小,和生物除磷相关的PHOS-HE36科丰度、AMX、HZSB、NIRK和NARG基因丰度都仅在阶段I得到了一定程度的增加。进一步将Fe(III)提高至10、15mg·L-1时,各基因丰度开始下降,在阶段III下降程度较大,主要的反硝化菌属Bacillus丰度在阶段III也急剧下降至4.16%,对SAD工艺发挥厌氧氨氧化和反硝化功能影响大。