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难降解有机物与氮的去除一直是以造纸废水为代表的工业废水处理中所面临的热点问题。由于能够去除难降解有机物和利于实现自养脱氮工艺,生物膜反应器在这些工业废水的处理中具有良好的应用前景。因此,本文研究了序批式生物膜反应器在废水处理中去除难降解有机物和实现自养脱氮工艺的应用。造纸工业废水二级生物出水往往具有可生化性差、难降解有机物含量高等特点。在第一部分中,本研究采用了SBBR、厌氧搅拌反应器(STR)及两个曝气反应器(SAR)合计四个生物反应器来分别处理二次纤维造纸废水二级生物出水。结果表明,SBBR、SAR1和STR三个反应器分别达到了39.7%、15.7%和30.9%的化学需氧量(COD)去除率,同时SAR2的出水COD较入水反而有所增加,说明SBBR、SAR1和STR反应器各自能去除入水中的部分难降解的化合物;各生物反应器出水总氮(TN)和总磷(TP)较入水均有所增加,说明反应器处理过程中污泥存在一定程度的内源呼吸作用。微生物分析表明,SBBR反应器和STR反应器中难降解有机物的去除可能与反应器中的独特微生物有关。一段式自养脱氮(SNAP)工艺的起始期较长,一直是限制其实际应用的主要障碍。在第二部分的研究中,本研究用常规活性污泥在46天内启动了SNAP工艺,氨氮去除率(ARE)和总氮去除率(TNRE)分别达到86.9%和76.8%;在46天的启动时期后,ARE和TNRE分别保持为93.7±2.8%和77.5±2.3%。SNAP工艺的快速启动可归因于生物膜带来的优秀的污泥持留能力以及溶解氧(DO)、p H、温度、有机物、无机碳(IC)、游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)等参数的调节。微生物分析表明,在SNAP工艺的启动过程中,污泥的微生物丰度增加,而微生物多样性降低。Nitrosomonas和Candidatus Brocadia作为主要的氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化细菌(An AOB)在反应过程中发生增殖。Nitrospira是主要的亚硝酸盐氧化菌(NOB)且其相对丰度在启动过程中有所降低。在SNAP工艺的启动过程中,异养反硝化反应先是迅速建立,然后逐渐衰退。考虑到有机物对SNAP工艺的脱氮性能有显著影响,本文还考察了添加有机碳源对脱氮效果的影响。COD/N比值为0、0.5、1.0、2.0、4.0时的TNRE分别为81.3±1.3%、69.7±5.6%、68.6±3.7%、45.8±4.4%、33.0±5.1%,说明在SBBR反应器中实现SNAP工艺的可行COD/N范围为不超过1.0。微生物群落分析表明,在COD/N为0.5和1.0时,An AOB的活性分别因NOB和反硝化菌的增殖而降低;在COD/N为2.0和4.0时,传统的硝化/反硝化过占据优势,An AOB活性显著下降;与生物膜相比,悬浮污泥中的An AOB更容易受到有机化合物的影响。