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如何降低自然水体和养殖水体中的氮素含量一直是水生态修复和环境保护研究的热点。研究表明，通过提高水体中的C/N比可以有效降氮。因此，本实验在实验室条件下，设计了一套生物絮团反应器，通过添加额外碳源的形式，严格控制实验环境下的C/N比，以期研究水体生物絮团降氮主要途径和降氮效果。实验主要分为两个部分。第一部分是研究生物絮团的降氮途径：通过降氮过程中水体不同氮形态含量变化，以判断氨氮的同化吸收是否为生物絮团降氮最主要途径。第二部分是研究无机碳源的添加对生物絮团降氮效果的影响：在低能耗的情况下，补充无机碳源能否提高氮素去除效果?这两个部分在不同的角度阐释了碳源添加对氮素去除的不同形式。因此，基于以上目标，初步研究结果如下：
1.利用生物絮团技术探究不同C/N比的模拟废水对悬浮生长生物反应器出水水质及微生物群落演变的影响。结果表明，C/N10处理组出水的总氨氮(TAN)和总氮(TN)显著高于C/N15、C/N20和C/N25处理组(P＜0.05)。C/N15、C/N20和C/N25处理组的去除TAN的效率较高，且无亚硝态氮和硝态氮的积累。实验结果还表明，C/N比的提高增强了总磷和COD的去除能力。单个循环周期反应器理化指标监测结果表明，在一个周期内，各处理的TAN和COD先降至最低，随后略有上升。提高模拟合成废水中的C/N比可以有效地提高反应器内生物量的积累。39个生物絮团样品中共获得1859030个高质量测序标签(平均439bp)。α-多样性分析表明，反应器出水中的微生物群落多样性显著高于天然废水(P0)。测序结果显示，生物絮团中的优势菌门有Proteobacteria、Bacteroidetes和Verrucomicrobia，但Saccharibacteria在实验后期占主导地位。高C/N比模拟废水处理反应器中的天然废水时，很多病原菌例如Aeromonas，Acidovorax，Flavobacterium和Malikia均有明显下降的趋势。总的来说，在C/N比大于等于15的条件下，悬浮生长生物反应器的水质得到改善，生物量浓度也得到提高，对微生物群落的演化也有积极的影响。
2.利用异位生物絮团反应器，分别在有机碳源培养(第Ⅰ阶段，持续21d)和有机碳源缺失(第Ⅱ阶段，持续21d)两个阶段，比较研究了无机碳源(NaHCO3)浓度为0.0g/L(对照组)，0.5g/L，1.0g/L和1.5g/L的模拟废水对反应器生物絮团降氮及沉降性能的影响。结果显示，第Ⅰ阶段对照组出水氨氮浓度显著高于其他处理组(P＜0.05)，但总体上呈先下降后稳定的趋势，各组亚硝态氮和硝态氮有均少量积累；生物絮团的生物量及沉降速度对照组显著低于处理组(P＜0.05)，处理组之间差异不显著。第Ⅱ阶段各组出水的氨氮、亚硝态氮浓度无显著差异(P＞0.05)，对照组硝态氮浓度高于各处理组，氨氮浓度下降迅速，这与前期生物絮团生物量积累有关；此阶段生物絮团的生物量、沉降速度有所下降，1.0g/L无机碳源处理组表现出较好的沉降效果；粒径分布也趋向均匀。整个实验阶段，不同浓度无机碳源处理条件下，氨氮的去除效率均达到97.8%以上，亚硝态氮无显著积累，处理组生物絮团沉降速度和生物量显著高于对照组(P＜0.05)。研究表明，添加无机碳源可提高生物絮团降氮性能，增强其沉降速度；移除有机碳源后，生物絮团反应器可维持氨氮去除能力，但会引起硝态氮积累，生物絮团生物量减少。
以上研究结果表明，在实验室条件下利用生物絮团技术处理人工模拟废水。通过提高C/N比大于等于15，以增强异养细菌的生长增殖能力，达到去除氨氮、总磷和有机物污染的效果。微生物群落结构多样性增强，稳定性获得提高。无机碳源单独作用生物絮团，可维持生物絮团降低氨氮的能力，提高生物絮团沉降效果，便于其回收再利用，这些研究结果为生物絮团技术的发展提供了理论基础。
1.利用生物絮团技术探究不同C/N比的模拟废水对悬浮生长生物反应器出水水质及微生物群落演变的影响。结果表明，C/N10处理组出水的总氨氮(TAN)和总氮(TN)显著高于C/N15、C/N20和C/N25处理组(P＜0.05)。C/N15、C/N20和C/N25处理组的去除TAN的效率较高，且无亚硝态氮和硝态氮的积累。实验结果还表明，C/N比的提高增强了总磷和COD的去除能力。单个循环周期反应器理化指标监测结果表明，在一个周期内，各处理的TAN和COD先降至最低，随后略有上升。提高模拟合成废水中的C/N比可以有效地提高反应器内生物量的积累。39个生物絮团样品中共获得1859030个高质量测序标签(平均439bp)。α-多样性分析表明，反应器出水中的微生物群落多样性显著高于天然废水(P0)。测序结果显示，生物絮团中的优势菌门有Proteobacteria、Bacteroidetes和Verrucomicrobia，但Saccharibacteria在实验后期占主导地位。高C/N比模拟废水处理反应器中的天然废水时，很多病原菌例如Aeromonas，Acidovorax，Flavobacterium和Malikia均有明显下降的趋势。总的来说，在C/N比大于等于15的条件下，悬浮生长生物反应器的水质得到改善，生物量浓度也得到提高，对微生物群落的演化也有积极的影响。
2.利用异位生物絮团反应器，分别在有机碳源培养(第Ⅰ阶段，持续21d)和有机碳源缺失(第Ⅱ阶段，持续21d)两个阶段，比较研究了无机碳源(NaHCO3)浓度为0.0g/L(对照组)，0.5g/L，1.0g/L和1.5g/L的模拟废水对反应器生物絮团降氮及沉降性能的影响。结果显示，第Ⅰ阶段对照组出水氨氮浓度显著高于其他处理组(P＜0.05)，但总体上呈先下降后稳定的趋势，各组亚硝态氮和硝态氮有均少量积累；生物絮团的生物量及沉降速度对照组显著低于处理组(P＜0.05)，处理组之间差异不显著。第Ⅱ阶段各组出水的氨氮、亚硝态氮浓度无显著差异(P＞0.05)，对照组硝态氮浓度高于各处理组，氨氮浓度下降迅速，这与前期生物絮团生物量积累有关；此阶段生物絮团的生物量、沉降速度有所下降，1.0g/L无机碳源处理组表现出较好的沉降效果；粒径分布也趋向均匀。整个实验阶段，不同浓度无机碳源处理条件下，氨氮的去除效率均达到97.8%以上，亚硝态氮无显著积累，处理组生物絮团沉降速度和生物量显著高于对照组(P＜0.05)。研究表明，添加无机碳源可提高生物絮团降氮性能，增强其沉降速度；移除有机碳源后，生物絮团反应器可维持氨氮去除能力，但会引起硝态氮积累，生物絮团生物量减少。
以上研究结果表明，在实验室条件下利用生物絮团技术处理人工模拟废水。通过提高C/N比大于等于15，以增强异养细菌的生长增殖能力，达到去除氨氮、总磷和有机物污染的效果。微生物群落结构多样性增强，稳定性获得提高。无机碳源单独作用生物絮团，可维持生物絮团降低氨氮的能力，提高生物絮团沉降效果，便于其回收再利用，这些研究结果为生物絮团技术的发展提供了理论基础。