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氮素污染是近年来我国水环境污染日益严重的主要诱因之一。水体退化的主要原因之一是氮素污染,过量的氮负荷会增加水体的富营养化。同时硝酸盐会在人体中极易被还原成亚硝酸盐,过量的亚硝酸盐会导致癌变。因此,废水脱氮受到了人们的广泛关法,如何采取有效的措施来提高排放废水中氮的去除率,从而降低水体中硝态氮的含量,改善水体环境是摆在我们面前的重大课题。本课题以连续厌氧搅拌反应器为研究对象,分别启动Fe0/Fe2+自养反硝化运行系统,分析了 Fe0/Fe2+对自养反硝化反硝化脱氮机理,探究了不同因素对Fe0/Fe2+自养反硝化效率的影响,并分析了两种不同基质的自养反硝化微生物群落结构特征的演替规律。主要研究结论如下:(1)分别用还原铁粉和Fe2+作为生物反硝化基质,接种污水处理厂活性污泥,在进水pH值为6.80,反应温度为30℃条件下,60 d可以完成Fe0/Fe2+自养反硝化脱氮系统的启动。系统稳定运行期间,进水NO3--N浓度为55 mg/L,Fe2+浓度为575 mg/L时,铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效率为53.6%,同时出水中没有氨氮和亚硝酸盐氮的积累。在HRT为48 h,初始进水NO3--N浓度为25 mg/L时,连续培养36d实现了零价铁自养反硝化,稳定时期NO3--N的去除率平均62.54%,反应结果中硝态氮平均有14.2%转化为亚硝态氮和氨氮,其余转化部分为气态氮。(2)在铁(Ⅱ)自养反硝化体系中,对脱氮起主导作用的是生物的还原作用;当进水Fe/N(即Fe2+/NO3--N摩尔比)比为3时,铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效果最好,NO3--N最大去除率为42.12%,最大去除负荷为0.051 kg·(m3.d)-1;铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮运行的最适宜pH值为7。进水pH值越高或越低,均对铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效率有明显影响;进水中NH4+-N对铁(Ⅱ)自养反硝化运行不利,当进水NH4+-N浓度大于50 mg/L时脱氮效率明显下降;铁(Ⅱ)自养反硝化菌不能促使NH4+-Fe3反应。(3)零价铁自养反硝化中,对脱氮起主导作用的是生物的氧化还原作用,在反应温度为30℃,反应24 h后Fe0+活性污泥脱氮体系体现了较好的脱氮效果,NO3--N去除率为47.14%,同时出水中NO2--N、NH4+-N的浓度分别为5.45 mg/L和9.32 mg/L。但无微生物存在时,厌氧条件下Fe0与NI3-N不发生反应;进水pH为6时最适宜零价铁自养反硝化脱氮的运行,NO3--N去除率可达到为60.12%,最大去除负荷为0.062 kg.(m3.d)-1;NO2--N也作为电子供体与Fe0发生反硝化脱氮,在复合体系中两种反硝化同时进行,但随着进水中NO2--N浓度的加大,NO3--N和NO2--N的去除效率均降低,NH4+-N的生成率也变低;当进水中无NH4+-N时,反应的速率最快,NO3--N最大去除负荷为0.064 kg.(m3·d)-1。随着NH4+-N浓度的增大,复合体系的脱氮速率逐渐减小,NO2--N、NH4+-N的生成率也减小。(4)Fe0/Fe2+自养反硝化中均含有细菌和真菌两种类型微生物,且两者中所含有细菌中含量较高的微生物种类差异较小,主要是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)且Fe0自养反硝化中的变形菌门(Proteobacteria)的含量高于Fe2+自养反硝化。Fe0/Fe2+自养反硝化中含量较高的微生物是β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)、Bacteria_unclassified。Fe0/Fe2+自养反硝化的优势菌种有一定的差异性,Fe2+自养反硝化的优势菌属是 Bacteria_unclassified、Gp 10、披毛菌属(Gallionella);Fe0自养反硝化的优势菌属是Bacteria_unclassified、德克斯氏菌属(Derxia)以及酸杆菌属(Acidobacteria_Gp4)。