全程自养脱氮(CANON)工艺是一种新型生物脱氮工艺,与传统工艺相比,可节省2/3氧气和全部有机碳源,因此具备广阔的应用前景。目前,全程自养脱氮工艺已经在污泥消化液、味精废水、垃圾渗滤液等多种废水处理中得到了实际应用。然而,由于厌氧氨氧化细菌对外界环境较为敏感,基质、重金属、无毒性或有毒性有机物等都会成为CANON工艺的抑制因素。抗生素也是抑制CANON工艺功能微生物的正常代谢重要因子,为了加快CANON工艺在抗生素废水脱氮处理中的应用,本课题选取使用和残留量大的金霉素复合式生物膜CANON工艺开展短期和长期抑制试验及机理研究,主要研究成果如下：(1)启动并运行了复合式生物膜全程自养脱氮反应器。通过接种不同形态的污泥,采用优化后的运行条件,将温度控制在32±1℃, DO0.1-0.4mg/L, pH8.2-8.4,有效地限制了AOB的氨氮转化率速率,同时提高了ANAMMOX细菌的氨氮转化速率。经过67天运行,总氮去除速率达到0.69kg N/(m3·d),总氮去除率达到80.7%,实现了稳定的全程自养脱氮性能。(2)通过批量试验研究了金霉素对全程自养脱氮细菌的短期抑制影响。在12h内20mg/L的金霉素对全程自养脱氮细菌几乎没有急性毒性抑制,800mg/L的金霉素则能使全程自养脱氮细菌完全失去活性。在同一金霉素浓度下,对脱氮效果的抑制率随着暴露时间的延长而上升。本试验中,总氮浓度为180mg/L时,在暴露时间为2h、4h、8h、12h的条件下,金霉素对全程自养脱氮功能微生物的IC50分为870.79mg/L、498.24mg/L、324.47mg/L、278.91mg/L(3)通过长期试验研究了金霉素对全程自养脱氮反应器的长期抑制作用。进水中添加60mg/L金霉素,运行前10天反应器抑制程度不明显,从第11天脱氮性能快速恶化,第16天反应器的总氮去除率下降62.7%。降低进水中的金霉素浓度至20mg/L,经过12天,反应器脱氮性能没有恢复,出水中出现NO2-过量积累的现象。在长期抑制试验的基础上探讨了恢复策略,最终通过接种含有ANAMMOX细菌的污泥,使得反应器经过54天后总氮去除速率恢复到0.12kg N/(m3-d)。(4)研究了金霉素长期抑制过程中,CANON反应器中功能微生物的细菌形态及丰度变化。扫描电子显微镜的研究结果表明,在CANON反应器脱氮效果稳定时,生物膜中微生物的主要形态为球状；颗粒中微生物的主要形态为球状、螺旋状和短杆状；絮体中微生物的主要形态为螺旋状和短杆状。在金霉素长期抑制后,絮体、颗粒和生物膜中的微生物均出现细胞膜破裂的现象。使用荧光实时定量PCR方法对主要脱氮功能微生物-AOB和ANAMMOX细菌进行分析,发现ANAMMOX细菌主要存在于颗粒污泥和生物膜中,在絮体污泥中相对丰度较低；CANON反应器从启动到稳定过程中,颗粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相对丰度升高,絮体污泥中AOB的相对丰度显著升高；而在金霉素抑制过程中,颗粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相对丰度降低,絮体污泥中AOB的相对丰度也降低。