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同时产甲烷反硝化工艺作为一种新型脱氮工艺,因其具有节省碳源、工艺简单、抗负荷能力强等优点逐步被人们关注。实现同时产甲烷反硝化反应的主要手段就是利用颗粒污泥将产甲烷和反硝化功能菌耦合在一起,但此种方式存在高负荷长期运行导致颗粒污泥解体、反应器崩溃的现象。本论文针对此现象采用了自主开发的生物膜-污泥复合厌氧反应器(HABSR)和上流式厌氧污泥床(UASB)同步开展同时产甲烷反硝化工艺启动和运行性能比较研究,通过静态实验重点探讨了硝酸盐对颗粒污泥体系和生物膜体系的同时产甲烷反硝化性能的影响,得到碳氮降解规律,并通过分子生物学等手段初步分析HABSR与UASB中同时产甲烷反硝化体系的微生物学特性。HABSR与UASB均可作为培养同时产甲烷反硝化微生物的反应器,HABSR具有更强的抗高负荷能力。在相同运行条件下,两种反应器对COD和硝酸盐的去除率分别在90%与99%左右,出水中氨氮和亚硝酸盐水平保持在0.5～1mg/L与0.1～1mg/L。静态试验研究表明,硝酸盐降解的中间产物亚硝酸盐积累是影响生物膜和颗粒污泥同时产甲烷反硝化性能的主要因素。同等情况下,颗粒污泥反应体系中亚硝酸盐的积累浓度是生物膜反应体系中的近10倍,生物膜体系表现出更强的硝酸盐降解能力。扫描电镜分析和分子生物学分析表明,硝酸盐介入后UASB中颗粒污泥出现分层现象,具有反硝化功能的细菌和兼性厌氧发酵菌分布在颗粒污泥的外层,而严格厌氧的产氢产乙酸菌与产甲烷菌则分布在内层,从而实现产甲烷和反硝化功能的耦合；而对于HABSR则出现反应器功能分区现象,悬浮污泥中主要聚集了发酵产酸菌和反硝化细菌,生物膜则中主要集聚发酵产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌。通过对比发现,UASB反应器中产甲烷细菌优势菌群由乙酸营养型转变为氢营养型产甲烷菌,HABSR中产甲烷菌的优势菌群则在乙酸营养型保留的基础上增加了氢营养型产甲烷菌。