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养猪废水具有高氨氮低C/N比的特征,处理难度大,尤其是脱氮更加困难。课题组在进行干清粪养猪废水处理技术研究中,开发出了处理高氨氮低C/N比养猪废水的升流式微氧活性污泥处理装置(UMSR),具有高效碳氮去除效能,但对其生物脱氮机制的了解还不深入。与生物脱氮相关的主要功能菌群大多是革兰氏阴性(G-)细菌,可以通过分泌酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)信号分子,刺激菌群的生长和代谢活性,这就是群体感应现象。本文以UMSR系统及其活性污泥为对象,研究了微氧生物处理系统主要功能菌群代谢活性及其关键信号分子,进一步揭示了微氧系统的生物脱氮机制。为准确高效地检测UMSR微氧生物处理系统的AHLs,首先建立了超高效液相色谱串联质谱法,可同时检测G-菌群的9种AHLs信号分子。检测时间仅需6.5 min,检出限为0.01~0.5μg/L,回收率高,相对标准偏差小。对UMSR系统中AHLs的跟踪检测结果说明,系统中存在包括自养反硝化和异养反硝化等多种脱氮途径,其中,厌氧氨氧化是最为核心的脱氮机制。挥发性脂肪酸和尿素等水解产物形成的C/N比环境会对UMSR的脱氮效能产生显著影响。经实验表明,适当提高C/N比可以有效提高系统的脱氮效率,而过高的C/N比会对厌氧氨氧化产生严重抑制。对于UMSR系统,将进水COD/TN控制在1以下比较适宜。在尿素存在情况下,UMSR活性污泥的脱氮机制仍以厌氧氨氧化为主,尿素的增加,会严重抑制活性污泥的厌氧氨氧化作用,但仍可保持着较高的短程反硝化代谢活性。对UMSR活性污泥的间歇培养试验表明,不同的AHLs对于活性污泥的代谢特征具有指示意义。其中,C14-HSL是UMSR活性污泥异养代谢的关键信号分子,C6-HSL和3-oxo-C8-HSL是好氧呼吸的关键信号分子,而C4-HSL则是发酵的关键信号分子,而C14-HSL表征着异养菌和亚硝酸盐还原活性的强弱。研究发现,3-oxo-C14-HSL和C14-HSL是厌氧氨氧化作用的关键信号分子,二者的浓度比值可以表征厌氧氨氧化细菌的代谢活性。当3-oxo-C14-HSL/C14-HSL<1时,厌氧氨氧化作用则可以顺利进行;当3-oxo-C14-HSL/C14-HSL>1时,厌氧氨氧化作用会受到抑制;3-oxo-C14-HSL的积累水平越高,厌氧氨氧化作用受到的抑制作用越强。