近年来,水污染已经成为制约可持续发展的重要因素,严重影响了生态平衡和人类健康。2015年新提出的“水十条”中首次提出了深化污染物排放总量控制,将对水环境质量有突出影响的总氮,纳入流域、区域污染物排放总量控制约束性指标体系。厌氧氨氧化(anammox)工艺是近年来新兴起的一种新型的生物脱氮技术,具有工艺流程短、操作简单、整个过程中无氧化亚氮(N2O)生成、不需要曝气和外加碳源等优点。但是厌氧氨氧化工艺总氮去除率理论最大值仅88%,仍有一部分以硝态氮形式存在的氮素不能被去除。厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SAD)可以同时去除氨氮、亚硝态氮、厌氧氨氧化过程中产生的硝态氮和一部分的有机物,能获得更高的总氮去除率。厌氧氨氧化反应以氨氮为电子供体,以亚硝酸盐为电子受体,而废水中往往只含有氨氮,亚硝态氮的含量通常较少,单纯应用厌氧氨氧化工艺处理该类废水需要额外投加亚硝酸盐,使得处理成本升高。厌氧氨氧化耦合亚硝化,使硝化反应停留在亚硝态氮阶段,将一半的氨氮转化为亚硝态氮,继而剩余的氨氮与生成的亚硝态氮发生厌氧氨氧化反应,该过程中减少了硝态氮的生成,降低了曝气成本,且不需要额外投入亚硝酸盐,同时减少了N2O的生成量。本论文采用浸没式厌氧膜生物反应器(SAMBR)快速启动厌氧氨氧化耦合反硝化工艺(SAD)。向其中一个反应器中添加活性炭,作为生物载体,以期减少反应器内膜污染,增强对氮素、COD的处理效果,同时微生物可以附着生长,有利于反硝化菌的生长。利用新型的序批式生物过滤反应器(SBBGR)进行厌氧氨氧化耦合亚硝化工艺(SNAP)的研究。反应器设置填料层和曝气层使得好氧区和厌氧区得到有效的分区,这样好氧菌和厌氧菌就能够分区生长,不同生长环境的微生物能够在同一反应器中共存。污泥附着在隔板下层的填料上还可以有效地减少污泥流失,实现污泥的有效截留,更快地实现SNAP工艺的启动。论文主要结论如下：(1)启动阶段低氮素负荷下的厌氧氨氧化工艺中厌氧氨氧化菌数量较少、活性较弱,对有机物浓度比较敏感,100 mg/L的COD浓度就会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用,但这种抑制是可逆的,当将COD浓度降至50 mg/L时,厌氧氨氧化菌活性恢复。(2)在有机物存在的情况下,反硝化菌能够利用厌氧氨氧化反应生成的硝氮进行反硝化作用。108d时,三个反应器均完成厌氧氨氧化工艺的启动。对照组硝氮产量／氨氮去除量一直维持在0.25-0.27范围内,有机物参与的反应器中的这个比值在0.2左右,甚至有时低于0.2。(3)有机物的加入打破了厌氧氨氧化菌作为优势菌的地位,在有机物的参与下反硝化菌数量增加了,且有活性炭存在的情况下,数量增长更快。第120d时的qPCR结果可以看出,反应器A内厌氧氨氧化菌基因片段的拷贝数(4.39×109copies/mL)明显高于其他两个反应器(3.19×109copies/mL、3.28× 109copies/mL),反硝化菌的数量由大到小依次为反应器C、反应器B、反应器A。厌氧氨氧化菌所属的浮霉菌门(Planctomycetes)在反应器A中所占的百分比(40%)远高于其他两个反应器(分别为22.5%和11.6%)。(4)SNAP工艺中一个运行周期内,DO、pH和氮素转化规律呈周期性变化,好氧阶段以AOB菌为主发挥作用,而厌氧阶段以厌氧氨氧化菌为主发挥作用。(5)中层污泥由于受到水力剪切力的影响较小,微生物容易附着在填料上生长,微生物丰度和多样性都高于其他地方。中层污泥微生物的OUTs数比其他两层多了500个左右,ACE、Chaol和Shannon指数也高于其他两层。浮霉菌门高于其他区域,拟杆菌门和绿菌门却低于其他区域,微生物能够分区生长,有利于不同生长环境微生物的共存。