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循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture Systems,RAS)中鱼类的排泄物和残饵会产生高浓度的氨氮,氨氮可被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。氨氮和亚硝酸盐对养殖鱼类有毒害作用,硝酸盐积累到一定浓度时对养殖鱼类也有毒害作用。因此,去除水体中的含氮化合物是RAS水质处理的核心。目前RAS中常用的脱氮方法是生物脱氮法。同时硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SND)是一种新型生物脱氮技术,具有脱氮效率高、反应时间短、节约成本等优点,受到了越来越多的关注。近年来,SND主要集中于处理生活污水和城市污水,并且取得了良好的脱氮效果,但对处理养殖废水的研究较少。本论文采用气提反应器,研究以PCL为碳源和生物膜载体的SND系统能否处理低碳氮比(C/N)的养殖废水,并且确定最优的HRT;在此基础上进一步优化系统,最终达到高效处理养殖废水的目的;通过分析特殊时期微生物的群落结构,进一步理解生物脱氮的作用机理,以期为以后的水处理工艺的优化提供一定的理论基础。1、PCL-SND系统的启动过程在PCL填充率为10%(v/v),HRT为24h,DO浓度为2.92~7.51 mg/L,进水氨氮(NH4+-N)浓度为10mg/L,硝态氮(NO3--N)浓度为50mg/L的条件下,系统运行45d达到稳定状态,NH4+-N和总氮(TN)的去除率分别为76.55±0.98%和56.85±2.21%。出水NO3--N浓度为21.36±1.60 mg/L,NO2--N没有明显的积累(<0.5 mg/L)。生物量前期增长较快,后期增长较慢并逐渐趋于稳定。p H值在试验期间变化不大,整个反应期间,出水p H的平均值为7.81±0.22。碱度前期较低,后期由于反硝化速率的上升,碱度也随之上升,之后相对处于稳定的状态。电镜扫描结果显示,随着反应的进行,PCL的损耗越来越严重。PCL可以作为SND工艺的生物膜载体和碳源处理低C/N的养殖废水。2、HRT对PCL-SND系统脱氮效果的研究HRT<24 h,TN去除率随着HRT的减小而下降。出水NO3--N浓度随着HRT的减小而升高,HRT>8h时,对NH4+-N的去除率没有太大的影响(85%~89%),HRT为24h时,脱氮效果最好,TN和NH4+-N去除率分别为68.56±1.64%和87.75±2.78%,出水NO3--N浓度15.72±1.46 mg/L。出水p H和总碱度变化趋势类似,随着HRT的减小而变小,而生物量随着HRT的减小而增大。采用高通量测序技术研究不同HRT条件下生物膜微生物的群落结构。结果表明,HRT对生物膜微生物的群落结构的影响较大。6组样品中,变形菌门占有绝对优势,相对丰度为80.94%~96.41%,随着HRT的升高逐渐增大,然后是拟杆菌门(2.84%~12.59%),相对丰度随着HRT的升高逐渐减小。之后是绿弯菌门和GN02,存在差异,但是差异性不大。变形菌门中Betaproteobacteria为主要的优势菌群,Betaproteobacteria中的Diaphorobacter为生物膜中丰度最高的菌属,随着HRT的升高,Diaphorobacter丰度逐渐增大,HRT为30h时,相对丰度高达59.11%。3、PCL-SND系统的优化与实际处理效果PCL的填充率为15%时,系统的脱氮效果最好,TN的去除率为94.38%,NH4+-N去除率为76.51±4.35%,出水NO3--N的浓度为0.6mg/L,NO2--N也没有明显的积累。PCL填充率的增加对出水p H影响不大,总碱度随着填充率的增加而增加。处理实际养殖废水的研究表明,NH4+-N的平均去除率为75.39±0.065%,TN的去除率为85.90±0.014%,出水NO3--N的浓度稳定在3mg/L左右,NO2--N没有明显的积累。整个反应期间p H平均值为7.40±0.075,总碱度为271.39±21.55mg/L Ca CO3。PCL-SND系统具有较好的脱氮能力。高通量测序技术研究不同的PCL填充率的条件下生物膜微生物的群落结构。3组样品的群落结构差异较大。在3组样品中,变形菌门占有绝对优势(85.40%~87.67%),Diaphorobacter为样品中的绝对优势菌属,填充率为12.5%时,相对丰度高达65.46%。填充率为15%时,Paracoccus和Hydrogenophaga成为优势菌属。进水水质不同时,微生物群落结构的变化情况。人工污水中生物膜微生物群落的多样性较高,两种进水水质条件下微生物的群落结构差异显著,养殖废水中生物膜微生物的菌群结构发生变化,相对丰度>1%的菌群只有2个,分别为Proteobacteria(94.80%)和Bacteroidetes(4.41%),Diaphorobacter的相对丰度高达70.16%,Thermomonas和Alicycliphilus成为优势菌属。