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近年来,水体富营养化严重,其原因主要是水体中氮磷含量的大幅度增加,富含氮磷的水体破坏水生态平衡,导致水生生物、植物的多样性和稳定性降低,因而氮素污染在排入水体前亟需有效治理。故,研发具有高效稳定性能的生物脱氮反应器,对水体富营养化的防治具有重要现实意义。本课题组自主研发了一种具有自主知识产权的气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器（发明专利授权号:ZL201410321199.8;以下简称为反应器Ⅰ）,以普通气升式内循环生物脱氮反应器（以下简称为反应器Ⅱ）为参比,采用统计分析方法、WEST 2012模拟软件和Fluent 6.3.26模拟软件,对比研究了气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器运行特性（去除效能;稳定性;微生物结构群落;最适宜进水水质参数）和流动特性（反应器的结构特性及流态;胞外聚合物的含量变化;参数轨迹）,获得如下结论:（1）运行特性研究结果表明:a、反应器Ⅰ的去除效能高于反应器Ⅱ。在启动期,反应器Ⅰ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分别为82.9%、61.4%和82.5%,反应器Ⅱ的平均COD、TN和NH4+-N去除率分别为82.4%、56.5%、78.5%;稳定运行期,反应器Ⅰ平均cod、tn和nh4+-n去除率分别为89.9%、76.1%和98.6%,反应器Ⅱ的平均cod、tn和nh4+-n去除率分别为89.7%、75.4%、97.8%;经west2012模拟软件模拟的结果与脱氮反应器实际运行结果在氮素去除效果上较为接近。b、以cod、tn、nh4+-n、no2--n和no3--n浓度等常规指标作为特异性参数,反应器Ⅰ的稳定性高于反应器Ⅱ。在启动期,反应器Ⅰ的cv（cod）、s（cod）、cv（nh4+-n）、s（nh4+-n）、cv（tn）、s（tn）分别是反应器Ⅱ的0.77、0.26、0.96、0.95、0.95和0.71倍。在稳定运行期,反应器Ⅰ的cv（cod）、s（cod）、cv（nh4+-n）、s（nh4+-n）、cv（tn）、s（tn）分别是反应器Ⅱ的0.92、0.87、0.35、0.22、0.96和0.82倍。c、稳定运行期间,反应器Ⅰ的优势菌群占比和微生物群落多样性（shannon指数）高于反应器Ⅱ。在门分类水平,反应器Ⅰ中proteobacteria、bacteroidetes、chloroflexi等,优势菌群占比高于反应器Ⅱ;在属分类水平,反应器Ⅰ中zoogloea、tessaracoccus、nitrosomonas、nitrospira等优势菌群占比高于反应器Ⅱ,反应器Ⅰ与反应器Ⅱ中shannon指数分别为5.1和4.9。d、反应器Ⅰ最适宜进水水质参数:nh4+-n浓度为200300mg·l-1,ph值为7.08.0。tn的耐受浓度约为300mg·l-1,进水tn浓度过高,反应器恶化,出水水质变差。（2）流动特性研究表明:a、反应器Ⅰ内部设立多级文丘里管结构,经fluent6.3.26模拟软件对反应器Ⅰ内的流态进行模拟,在反应器Ⅰ内的文丘里管结构中能够有效形成涡旋流场,强化传质过程。b、稳定运行期间,反应器Ⅰ污泥中胞外聚合物（EPS）的含量高于反应器Ⅱ。污泥中EPS总量和EPS中蛋白质和多糖含量均增加,EPS总量较反应器Ⅱ高41.3mg TOC/g VSS。c、稳定运行期间,反应器Ⅰ中COD的降解程度、NH4+-N浓度梯度变化高于反应器Ⅱ。出水COD值均较反应器Ⅱ低,低出3mg·L-1,反应器Ⅰ的NH4+-N浓度梯度变化率（kI=-21.95）低于反应器Ⅱ（kⅡ=-19.66）。通过对反应器Ⅰ的运行特性和流动特性的研究,探明了反应器Ⅰ在启动期和稳定运行期间的运行性能,为反应器的工程化应用提供了数据参考。