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与传统的硝化反硝化工艺相比,厌氧氨氧化工艺(Anaerobic ammonium oxidation process,Anammox)具有经济、节能、高效和环境友好等特点受到世界的广泛关注。然而,实际废水如畜牧业和水产养殖业中含有大量的抗生素等有毒物质会对该工艺的功能微生物活性产生抑制,降低工艺脱氮性能。厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonia oxidizing bacteria,An AOB)由于世代周期长、环境要求高,受到不利因素抑制后恢复周期相对较长,很容易被淘洗出生化系统,造成脱氮性能下降甚至完全丧失。因此,为保证厌氧氨氧化工艺的高效稳定运行,迫切需要提出应对抗生素抑制的调控运行策略。本文以养殖废水中常见的四环素(Tetracycline,TC)作为目标抑制剂,首先运用复合载体快速富集厌氧氨氧化菌;在此基础上构建静电-厌氧氨氧化强化体系减缓四环素(TC≤10 mg·L-1)抑制,增强菌群对TC的耐受性和恢复能力;进而运用制备的污泥生物炭阴极构建电芬顿-厌氧氨氧化工艺处理高浓度TC废水(TC>10 mg·L-1),探究电芬顿反应液对厌氧氨氧化菌群活性的潜在风险和工艺效能,优化运行参数。本文主要内容如下:(1)制备一种新型的铁碳微电解-聚氨酯海绵(Iron-carbon micro-electrolysis Polyurethane sponge,ICME-PS)复合载体,成功在非厌氧环境快速富集厌氧氨氧化菌,增强系统抗溶解氧能力和生物膜稳定性。与聚氨酯海绵载体(PS)相比,ICME-PS载体内菌群的比厌氧氨氧化活性(Specific ammonia activity,SAA)增加5.67%-38.55%,Ca.Brocadia相对丰度提高了14.61%-42.38%。在ICME-PS载体中,ICME起到了双重作用:促成了厌氧微环境的形成;加强系统氮循环过程。此外,研究发现小孔载体具有最高生物膜稳定性,适宜于高剪切环境;中孔载体在稳定环境中可实现最高的SAA。扩展的XDLVO(extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理论分析表明,ICME应用降低了能垒,提高污泥的聚集性能。(2)构建静电-厌氧氨氧化强化体系,利用电场强化污泥结构,减缓四环素(TC≤10 mg·L-1)对厌氧氨氧化菌群(Anammox consortia)抑制作用,提高运行稳定性和恢复性能。在逐渐增加TC(0.5、2和10 mg·L-1)投加量的情况下,考察1 V、3 V和1-6 V(VEF)三种电场强度对TC抑制作用的减缓效果。结果表明,反应器经历150天的TC胁迫运行,总氮去除效率(Total nitrogen removal efficiency,TRE)、不可逆抑制和SAA较对照组分别提高了1.70%-26.46%、4.01%-34.92%和11.22%-61.64%,以VEF电场强度提升的效果最佳。相比于对照组,施加3 V和VEF电场的反应器群落多样性提高,Ca.Brocadia的相对丰度分别提高2.28%(3 V)和4.19%(VEF)。此外,研究发现3 V电场强度更适用于TC≤2 mg·L-1 TC;当TC浓度增加到10 mg·L-1时,VEF电场模式表现出更好的减缓抑制效果。潜在机制分析表明,电场减缓TC抑制的主要作用机制是污泥结构强化。(3)制备酸碱改性的污泥生物炭(SCCl、SCF和SCOH),探究改性方式对污泥生物炭形貌结构和电化学性能的影响,为构建电芬顿-厌氧氨氧化工艺提供经济、高效的生物炭阴极。SEM-EDS结果显示改性生物炭的表面形貌发生显著变化,层状结构更为明显;表面C元素含量提高了129.93%-163.88%,这有助于改善材料的导电性能,优化电子分布。FTIR、Raman和BET结果说明,四种生物碳具有相似的官能团;酸碱改性可以丰富生物炭的缺陷结构,提高活性位点;比表面积和总孔容相对于SC分别增加了72.31%-150.84%和22.33%-115.32%,以SCF增加的幅度最高。LSV和EIS等电化学数据表明反应,SCF具有最高的电流响应、最低的阻抗值和最高的塔菲尔斜率(795.09 m V·dec-1)。生物炭阴极电芬顿降解实验表明,酸性环境下SCF具有最高的催化效率(pH 3,TCRE 86.55%),碱性环境下SCOH却表现更高的催化性能(pH 6,67.87%),表明SCOH具有更宽的pH适用范围。(4)构建电芬顿-厌氧氨氧化组合工艺处理高浓度四环素(TC=25 mg·L-1)废水,探究电芬顿反应液对厌氧氨氧化菌群的潜在毒性风险,从能耗和SAA角度优化电芬顿运行参数,并利用LC-MS测定中间产物探究电芬顿降解途径。研究结果表明,厌氧氨氧化菌群活性与电压和四环素处理效率(TCRE)成正比。在12 V的电芬顿电压、90%的TCRE时获得最高的SAA(138.14±5.14 mg-NH4+-N·g-1-VSS·d-1),为未抑制SAA0的79.73%。能耗评价结果表明,单位四环素降解能耗(ECTC)和单位SAA能耗(ECSAA)都随反应时间的延长迅速上升。ECTC与电压成正相关,电压越低能单位耗越小;ECSAA在TCRE 75%之前电压越低单位能耗越小,超过75%后电压越高反而能耗越低。UHPLC-MS结果显示羟基化作用和去甲基化作用是电芬顿降解四环素的两条主要途径。