【摘 要】
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本课题采用厌氧氨化和同步亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD）组合工艺处理含二甲基甲酰胺（DMF）的高有机氮工业废水,通过对SNAD工艺启动策略以及组合工艺工况调控研究,充分利用废水原水碳源,提升脱氮效能,并采用高通量测序技术分析系统功能微生物变化情况,以期为厌氧氨化-SNAD工艺应用于DMF废水的工程推广提供技术指导及理论支撑。主要研究结果如下:（1）研究了SNAD工艺的快速启动和脱氮效能优化。
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本课题采用厌氧氨化和同步亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD）组合工艺处理含二甲基甲酰胺（DMF）的高有机氮工业废水,通过对SNAD工艺启动策略以及组合工艺工况调控研究,充分利用废水原水碳源,提升脱氮效能,并采用高通量测序技术分析系统功能微生物变化情况,以期为厌氧氨化-SNAD工艺应用于DMF废水的工程推广提供技术指导及理论支撑。主要研究结果如下:（1）研究了SNAD工艺的快速启动和脱氮效能优化。首先是CANON脱氮性能恢复阶段:在温度为30~32℃,p H为8.0,溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）低于0.5 mg/L的条件下,采用游离氨（FA）抑制和连续曝气,成功在30 d内实现CANON脱氮性能的快速恢复,氨氮去除率达到60%左右;其次是SNAD启动运行阶段:向进水投加有机碳源,降低DO至0.2~0.5 mg/L,投加新型组合填料进行挂膜,截留富集脱氮功能菌群,并设立平行实验组（采用活性污泥法）,两组SNAD反应器皆于100 d内启动并稳定运行,其中生物膜反应器启动时间更快且效果相对更好且稳定,总氮去除率和COD去除率分别为88%和84%,而活性污泥反应器总氮去除率只有80%。通过间歇曝气调控优化系统脱氮,发现单次曝气时间小于60 min有利于抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性;厌/好氧时间比20/40 min时,短程硝化和厌氧氨氧化协同脱氮能力最强。（2）进一步研究了C/N对厌氧氨化-SNAD生物膜工艺脱氮效能的影响。采用厌氧折流板反应器（ABR）与连续搅拌反应器（CSTR）组合反应器处理DMF废水,通过ABR厌氧污泥降解DMF,并将SNAD活性污泥以及填料混合投入CSTR中,通过外加碳源,调控反应器进水C/N由0.5逐渐提高至1.5左右,反硝化菌在填料内富集生长,与亚硝化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（An AOB）协同脱氮。反应器在C/N为0.8左右时达到最佳脱氮效果,总氮去除率和COD去除率分别达到90%、98%,反硝化和厌氧氨氧化过程去除的氮素分别占总氮去除量的12.1%和87.9%;当进水C/N达到1.5时,异养菌过度繁殖,与AOB和An AOB产生竞争并抑制其活性,系统内微生物环境遭到破坏,系统出水氨氮升高到100mg/L左右,总氮去除率下降至73%,降低进水COD浓度后,脱氮效果得以恢复。接着进行碳源优化,通过调控厌氧水解酸化程度,降解DMF生成小分子可利用有机物（如挥发性脂肪酸）代替外加碳源。微生物分析结果显示:反硝化菌属Denitratisoma丰度在悬浮污泥和生物膜中都有所提升,并大量富集于生物膜中（12.00%）,而AOB菌属Nitrosomonas丰度由3.16%下降到0.92%,主要存在于悬浮污泥中,厌氧氨氧化菌属Candidatus Brocadia在生物膜中的丰度提高到8.77%,而在悬浮污泥中丰度下降到2.30%。（3）为探究反应器整体抗负荷冲击能力以及脱氮稳定性,采用逐步缩短水力停留时间（HRT）的方法阶梯式提高反应器进水容积负荷。在负荷提升过程中,反应器厌氧区均能保持良好的COD降解效果和氨化效果。当HRT为9+6 h（ABR+CSTR）时,在保证脱氮效果的基础上,反应器能承受的最大进水总氮负荷和碳负荷分别为1.57 kg N/m~3/d、2.92 kg COD/m~3/d,此时反应器总氮去除率和COD去除率分别为89%和95%;当CSTR反应器HRT为4 h时,反应器脱氮效果急速下降,反应器运行失稳。高通量测序结果表明,HRT对于SNAD反应器内菌群的影响存在差异,且生物膜上的微生物群落所受的影响较小（Candidatus Brocadia丰度升至10.51%,其他脱氮菌种丰度无明显变化）,而悬浮污泥中的微生物群落所受的影响相对较大（Nitrosomonas丰度由0.92%上升至1.65%、Candidatus Brocadia和Denitratisoma丰度下降至1.62%和7.22%）。
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