厌氧氨氧化工艺作为一种低能耗的环境友好型自养脱氮技术受到了广泛的关注。该工艺主要是依赖于厌氧氨氧化菌在缺氧的条件下,以NO2-N受体,将NH4+-N转化为N2。尽管在世界各地已建立起工业化厌氧氨氧化反应器,但厌氧氨氧化菌世代周期长、对环境变化敏感且反应过程中生成一定量的NO3-N等问题,使得目前很少将该工艺应用于生活污水主流废水的处理中。为缩短厌氧氨氧化反应器的启动时间、增强其稳定性能,国内外学者不断地进行研究与探索。其中,一种较为直接有效的方式是通过增强厌氧氨氧化菌的活性来快速启动反应器。研究发现,厌氧氨氧化菌体内含有很多铁存储“站点”,这些存储的铁元素通常以Fe2+的形式作为Fe-S蛋白及血红素蛋白的辅酶因子参与到厌氧氨氧化菌的电子传递过程中包括NH4+-N到N2的转变,并能够促进厌氧氨氧化菌的新陈代谢。本论文基于铁元素对厌氧氨氧化菌生长繁殖的重要意义,探究了纳米零价铁(nZVI)耦合磁场能否强化厌氧氨氧化工艺启动以及FeS能否强化厌氧氨氧化工艺启动。主要研究结论如下:(1)在nZVI与磁场的共同作用下厌氧氨氧化反应器的启动时间从60天缩短至50天,效率提高了 16.7%;仅在磁场的作用下,反应器启动时间从60天缩短至41天,效率提高了31.7%;而仅添加nZVI并不能明显缩短反应器的启动时间。当提升氮素负荷后,同时添加nZVI与设置磁场的反应器稳定性能最好。(2)nZVI与磁场均促进了 anammox菌的繁殖,与空白对照组相比厌氧氨氧化菌的含量提高了29.0%、25.5%;功能基因Hzo的表达量提高了62.2%、37.8%。在二者的协同作用下则分别提高了 40.3%与67.9%,效果更为显著。qPCR结果表明,nZVI对氨氧化菌(AOB)与反硝化菌也有明显的促进作用;而该强度的磁场(65 ± 10 mT)对反硝化菌具有一定的抑制作用。(3)nZVI与磁场对微生物群落产生了一定的影响。nZVI与磁场提高了厌氧氨氧化菌“Ca.Brocadia”属的相对丰度;在二者的共同作用下,自养反硝化菌“Thaure”属的相对丰度显著增加。(4)在反应器启动阶段,FeS显著地提高了亚硝氮与总氮的去除率,FeS反应器在第42天总氮去除率达到80%以上,而对照组直到第51天总氮去除率才达到80%以上;当提升氮素负荷时,添加FeS的反应器水质波动更小、稳定性更强。与对照组相比,FeS反应器内厌氧氨氧化菌的含量提高了29%,FeS促进了厌氧氨氧化菌的生长繁殖。(5)FeS在反应器内发生氧化还原反应,其结构与组分发生了一定的变化。通过SEM观察到FeS形成了许多蜂窝状孔洞,这些结构可有利于微生物附着在上面。FeS在反应器内释放出一定量的铁离子,一方面在铁离子的作用下厌氧氨氧化菌可通过盐桥作用凝聚成团,有助于颗粒污泥的形成;另一方面Fe2+促进了微生物细胞内hemec的合成,血红素参与多种酶如羟胺氧化还原酶、cdi型亚硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶(ammonia-forming)的形成。qPCR结果与PICRUSt功能预测结果也显示,nirS基因(编码含血红素的cdi型亚硝酸盐还原酶)的表达量增加了近一倍;亚硝酸盐还原酶(ammonia-forming)的含量增加了26.4%。体系中功能菌与酶含量的不同导致了两个反应器间氮素去除的差异。(6)高通量结果表明,FeS提高了群落的丰富度与多样性,增强了群落的新陈代谢功能;对照组与实验组中含量最高的厌氧氨氧化菌均为“Ca.Kuenenia”属,FeS的加入并不会改变其优势地位。