【摘 要】
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当前,“磷危机”与“磷污染”共存,污水中磷回收技术的研究迫在眉睫。近年来,铁盐在污水处理中的与生物反应过程协同强化污染物去除与有价资源回收成为研究热点。铁盐是污水处理过程中常用的添加剂,其通过复杂的生化、物化反应过程影响污水中典型污染物的转化路径及去除效率。研究表明,铁盐不仅可以促进某些微生物的活性,还能与聚磷酸盐反应生成沉淀实现污水中磷的回收。鉴于此,本研究采用上流式厌氧氨氧化附着膜膨胀床（An
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51808473）；
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当前,“磷危机”与“磷污染”共存,污水中磷回收技术的研究迫在眉睫。近年来,铁盐在污水处理中的与生物反应过程协同强化污染物去除与有价资源回收成为研究热点。铁盐是污水处理过程中常用的添加剂,其通过复杂的生化、物化反应过程影响污水中典型污染物的转化路径及去除效率。研究表明,铁盐不仅可以促进某些微生物的活性,还能与聚磷酸盐反应生成沉淀实现污水中磷的回收。鉴于此,本研究采用上流式厌氧氨氧化附着膜膨胀床（Anammox Attached Film Expanded Bed,AAFEB）反应器,研究了不同Fe（Ⅱ）浓度下,厌氧氨氧化（anammox）反应体系的脱氮效率、除磷效率、anammox活性（Specific Anammox Activity,SAA）、胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance,EPS）及氧化亚氮（N2O）的变化规律以及作用机理。通过长期实验与批次实验相结合的方式,对污泥的物理特征及Fe（Ⅱ）耐受性能做了进一步的研究,并结合X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）分析、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和X射线能谱（Energy Dispersion X-ray Spectrometry,EDX）、傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR）、元素分析等表征分析手段,探究Fe（Ⅱ）除磷机理以及生成的铁-磷晶体种类,指导实际水处理工程。主要研究结论如下:（1）采用AAFEB反应器连续运行222 d,发现投加适宜浓度的Fe（Ⅱ）（5～60 mg/L）对反应器的总氮去除率及总磷去除率都有促进。其中,总氮去除率最高可以达到89.22±1.75%,总磷去除率最终稳定在85.42±7.44%。（2）在AAFEB反应器加Fe（Ⅱ）运行期间,反应器产气中检测出N2O的存在,N2O的产量受进水pH,Fe（Ⅱ）浓度以及亚硝酸盐浓度的影响。在一定浓度范围内,N2O的产量随进水pH的降低,Fe（Ⅱ）浓度的升高而升高,随亚硝酸盐剩余浓度的降低而降低。（3）在AAFEB反应器连续运行期间,SAA以及EPS受到Fe（Ⅱ）浓度变化的影响。EPS的分泌抵御了来自Fe（Ⅱ）对污泥造成的不利影响。此外,污泥的EPS浓度变化与SAA的变化具有相似性。（4）通过批次实验探究不同阶段污泥对Fe（Ⅱ）浓度的响应差异,结果显示,anammox颗粒污泥对Fe（Ⅱ）的耐受性有所提升,并受到Fe（Ⅱ）驯化,在更高Fe（Ⅱ）浓度下表现出更高的活性。其中,222 d的污泥对Fe（Ⅱ）的耐受性出现突破性提升,在Fe（Ⅱ）浓度为200 mg/L时,SAA依旧受Fe（Ⅱ）促进。（5）通过批次实验发现,Fe（Ⅱ）浓度的提升可以促进磷的去除,且磷去除率与Fe（Ⅱ）浓度在一定范围内（10～50mg/L）呈线性相关。同时,anammox颗粒污泥与Fe（Ⅱ）共同作用与磷的去除,与单纯的化学作用相比具有更高的除磷能力。反过来,Fe（Ⅱ）的存在也促进了 anammox颗粒污泥生物矿化除磷的效果。（6）XRD、FTIR及SEM-EDX分析结果表明,颗粒污泥中含有不同形态的铁-磷晶体,这些晶体乱序分布于污泥内外,主要成分包括蓝铁矿、磷铁矿以及板磷铁矿,进而证明了 Fe（Ⅱ）在污水中实现磷回收的潜力。
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