【摘 要】
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本研究使用电活性人工湿地（EW）系统处理将啤酒厂废水作为碳源加入乳业废水中形成的混合废水（EW-1）,以及使用EW系统单独处理乳业废水（EW-2）和啤酒厂废水（EW-3）。考察在不同饮品加工废水条件下,EW系统对化学需氧量（COD）、总氮（TN）和氨氮（NH4+-N）的去除效果,评估系统的产电性能,分析废水中溶解性有机物的迁移转化规律。结合高通量测序技术对EW系统中微生物群落结构与功能进行研究,并
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本研究使用电活性人工湿地（EW）系统处理将啤酒厂废水作为碳源加入乳业废水中形成的混合废水（EW-1）,以及使用EW系统单独处理乳业废水（EW-2）和啤酒厂废水（EW-3）。考察在不同饮品加工废水条件下,EW系统对化学需氧量（COD）、总氮（TN）和氨氮（NH4+-N）的去除效果,评估系统的产电性能,分析废水中溶解性有机物的迁移转化规律。结合高通量测序技术对EW系统中微生物群落结构与功能进行研究,并解释EW系统在不同进水条件下对污染物去除及产电性能上的差异。最终通过成本核算及效益分析评估将高碳氮比废水作为低碳氮比废水外加碳源的混合处理模式的可行性。实验结果表明:（1）EW系统的输出电压和最大功率密度受进水有机底物浓度的影响,在第二阶段稳定后,EW-3的输出电压显著高于其它EW系统（p＜0.05）。然而,EW-1与EW-3相比,仅减少35.71 m V的平均输出电压和2.02 m W/m~2的最大功率密度,但EW-1与EW-2相比,可提高263.25%的平均输出电压和230.30%的最大功率密度。此外,EW-1的系统内阻最小。（2）EW系统可用于处理饮品加工废水,且具有较好的处理效果。但EW-3中由于硝酸盐异化还原成铵作用（DNRA）的发生导致NH4+-N的去除率仅为61.01±5.74%,EW-2中由于反硝化碳源的匮乏导致TN的去除率仅为28.23±2.35%,而EW-1中由于具有较为合适的碳氮比,使得COD、TN和NH4+-N的去除率均高于79%。与单独处理低碳氮比废水相比,EW-1中NH4+-N和TN的平均削减量分别增加36.23%和135.77%,与单独处理高碳氮比废水相比,EW-1中NH4+-N和TN的平均削减量分别增加9.09%和10.52%。（3）EW系统中DOM的降解与转化主要发生在系统的阳极和阴极,并优先利用DOM中的类蛋白物质,且随处理进程废水中剩余DOM的分子结构逐渐复杂,碳氢比增加。经过处理后,EW-1和EW-3出水中DOM的荧光强度大幅降低,而EW-2出水中DOM的荧光强度变化较小。平行因子分析法共识别出4个组分,类酪氨酸组分C1和类色氨酸组分C3是废水中DOM的主要组分,并在EW系统中被优先去除,C4为类蛋白组分,其主要由微生物代谢产生并在阴极得到去除,然而EW系统处理啤酒厂废水和乳业废水时类腐殖质组分C2的含量有所增加,而废水混合处理可去除13.51%的C2。（4）EW系统在所有进水条件下均抑制Proteobacteria的生长,但促进Frimicutes的发育。EW-3阳极的微生物群落丰富度和均匀度远低于其它EW系统,EW-1阳极和EW-2阳极的微生物组成较为相似,与其他EW系统相比EW-3阳极中的主要差异微生物为Bacteroidetes＿vadin HA17、WS6＿（Dojkabacteria）和Microbacter,然而Microbacter的存在不利于系统产电,在一定程度上导致EW-3中COD削减量约为EW-1的两倍,然而其输出电压仅高出EW-1输出电压的11.14%。此外,EW-3阳极中DNB的相对丰度最高,且具有较高的反硝化功能潜能,但EW-3阳极中由于广泛包含DNRA作用的相关基因,导致其NH4+-N去除效果较差,而EW-2阳极中与氮转化相关基因的缺乏导致其在氮去除上受到限制。（5）目前EW系统的构造成本仍处于较高水平,主要由于钛电极的使用,但相较于A~2O工艺,EW系统在处理每立方米废水时可获得243.54-318.21 W·h的总效益。废水混合后处理所得总效益是单独处理废水所得效益的1.02倍,还可节约每立方米乳业废水的乙酸钠碳源投加量120.51 g。综上所述,EW系统在处理饮品加工废水时可取得较为理想的处理效果,并且将高碳氮比废水作为低碳氮比废水的外加碳源具有良好的可行性,混合处理模式不仅有利于提高电活性人工湿地系统的产电性能和脱氮能力,还有利于减少处理过程中资源的消耗,从而实现1+1＞2的效应,具有良好的废物资源化应用前景。
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