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目前对于移动床生物膜反应器(Moving-bed Biofilm Reactor,MBBR)处理氨氮废水的应用和研究大多集中在运行参数和技术操作等方面,对MBBR中微生物的研究仍然不足。本试验采用MBBR工艺处理模拟废水,在保持进水COD为300mg/L,TP为4mg/L,溶解氧为2.5~3.0mg/L,HRT为12h,填料填充率为40%条件下,考察进水氨氮浓度(20,30,50,100和200 mg/L)对MBBR工艺处理效果的影响,并基于高通量测序技术,利用16S rRNA基因测序分析了不同进水氨氮浓度下微生物群落结构的变化,利用宏基因组测序对其中的功能基因进行了统计,并分析了其氮素的代谢通路。根据水质指标检测结果可知,随进水氨氮浓度的升高,MBBR工艺去除COD的效果较好,COD去除率均在85%以上。但随进水氨氮浓度的升高,氨氮及TN的处理效果变差,且TN的平均去除率明显低于氨氮,在进水氨氮浓度为20,30mg/L时,氨氮去除率在60%左右,提高进水氨氮浓度至100mg/L时,氨氮的去除率持续降至10%左右,此后继续提高氨氮浓度,氨氮去除率持续较低且保持稳定。MBBR试验装置对于TP的去除效果较差,TP去除率介于25%~45%之间,高浓度氨氮对于TP的去除产生了明显的抑制作用。根据16S rRNA基因测序,MBBR中存在传统生物脱氮、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化等多种脱氮方式。在属分类水平下,随进水氨氮浓度的升高,微生物群落结构变化明显,物种丰富度逐渐降低,多样性指数呈先增后减再增再减波动性变化,微生物群落结构发生波动性变化可能与Arcobacter、Hydrogenophaga等各类起反硝化作用的菌属和Ottowia菌属争夺优势地位有关。与自养硝化有关的AOB仅包括亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化毛杆菌属(Nitrosomonas),亚硝化单胞菌科总的相对丰度均稳定在0.3%左右,并未随进水氨氮浓度增加而减少,脱氮效果的降低可能是因为高浓度氨氮抑制了自养型硝化菌属的微生物活性。Rhodanobacter菌属是本次测序中唯一的NOB,其相对丰度在0.005%~0.170%之间,且呈波动性变化。参与反硝化的微生物种类较多,其中包含Ottowia、Arcobacter、Hydrogenophaga、Haliangium等菌属,且这些菌属均呈现出波动性的变化趋势。此外,还检测到能进行异养硝化的Prosthecobacter菌属和能进行好氧反硝化的Thauera菌属,相对丰度均随进水氨氮浓度的升高而逐渐减小。根据MBBR的宏基因组测序及KEGG的功能基因统计分析,MBBR样品中功能基因总数为81962个,其中,和常规代谢有关的功能基因数最多,其次是碳水化合物及氨基酸代谢有关的功能基因数,印证了MBBR样品中多数的微生物具有降解COD的功能,且存在大量和MBBR生物膜中微生物的生长代谢及污染物的降解密切相关的功能基因。在氮的代谢中,共得到759个功能基因参与氮代谢,占所有功能基因数的0.93%,且硝化和反硝化占据了脱氮过程的主导地位,其中,参与硝酸盐转化为亚硝酸盐反应过程的NarGHI基因含量最为丰富,但参与氨氮转化为亚硝酸盐氮及硝酸盐氮反应过程的AmoCAB、Hao基因含量较少,这也许是MBBR装置没能达到更高的氨氮去除率的原因之一。