【摘 要】
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水生态环境保护是当下社会发展过程中的重要议题。在污水脱氮领域中,厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,Anammox）作为新型自养脱氮工艺广泛受到人们的关注,但由于Anammox脱氮过程需要以NO2--N作为底物,而NO2--N作为中间产物几乎不会在水中大量存在,NO2--N的稳定供给成为Anammox工艺发展瓶颈。本试验针对上述问题,以短程反硝化（partial d
【基金项目】
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国家自然科学基金——“污泥内碳源驱动硝态氮部分还原强化厌氧氨氧化深度脱氮工艺体系的构建与机理研究（项目编号:52070106）”；
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水生态环境保护是当下社会发展过程中的重要议题。在污水脱氮领域中,厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,Anammox）作为新型自养脱氮工艺广泛受到人们的关注,但由于Anammox脱氮过程需要以NO2--N作为底物,而NO2--N作为中间产物几乎不会在水中大量存在,NO2--N的稳定供给成为Anammox工艺发展瓶颈。本试验针对上述问题,以短程反硝化（partial denitrification,PD）过程为Anammox提供稳定的亚硝酸盐来源,并将PD与Anammox耦合形成新型一体化PD-Anammox（PDA）脱氮工艺;同时,为解决Anammox难以富集和剩余污泥造成污染的问题,本试验采用培养生物膜的形式启动PDA系统（PDA-Bf）,以期构建低能耗、剩余污泥少以及氮素去除效果好的污水脱氮工艺。另外,试验过程中还对PDA-Bf系统的长期运行、优化调控和微生物群落结构进行了探究,并对比了两种不同填料PDA系统启动过程。本论文的主要研究内容和成果如下:（1）为了探究PD-Bf系统启动的最适条件以及亚硝酸盐积累特性,本试验以团岛污水处理厂二沉池剩余污泥为接种污泥,并以合成废水为处理对象,分两个阶段对PD-Bf系统进行了启动与强化过程:在PD生物膜系统启动阶段,向SBR反应器内投加接种污泥,先后采用好氧/缺氧（O/A）与缺氧（A）方式运行启动膜泥混合的PD反应器;在PD-Bf系统性能强化阶段,SBBR反应器以上阶段获得的PD生物膜为接种污泥,反应器采用全程缺氧（A）运行模式,并对系统的PD性能进行了优化调控。试验结果表明:在硝化反硝化SBR反应器内,通过降低C/N和缩短缺氧反应时间强化亚硝酸盐积累性能,最终54天内成功启动PD反应器;进一步使用纯膜反应器SBBR,以无水乙酸钠为单一碳源的条件下实现了较高的NTR（＞70%）,并延长了硝酸盐还原和亚硝酸盐生成持续时间;对PD-Bf系统启动过程进行微生物群落结构变化分析,发现了Flavobacterium和Simplicisipira的增殖,微生物群落发生明显变化,并通过宏基因组测序分析印证了这一现象。（2）为了在成熟PD-Bf系统内原位富集Anammox菌,本试验以成熟PD生物膜为接种污泥,改变合成废水的底物成分,在SBBR反应器内启动PDA-Bf系统。试验结果表明:系统启动初期,出水NO2--N和NH4+-N浓度较高,氨氮浓度下降极少,仅为0.5～2 mg/L,系统内没有出现Anammox过程;经过对C/N与运行时间的调节后,系统内NH4+-N消耗逐渐上升至11.3 mg/L,NO2--N出水浓度明显降低至23.71 mg/L,PDA-Bf出现Anammox效果,系统达到了预期效果;系统内的微生物群落结构分析从另一方面对Anammox菌的出现提供了论证,可以观察到Candidatus＿Brocadia等功能微生物在系统内的富集现象。（3）为了探究填料类型对PDA启动过程的影响,接种长期运行的PD絮体污泥,在SBR反应器内进行PDA系统的启动。启动过程中采取与Poly系统相近方式进行调节,对系统的运行方式与底物浓度根据试验需求进行调控。试验结果表明:SBR反应器在前期氨氮去除现象不明显,同时出水NO2--N浓度保持在较高水平,但经过PDA-Bf系统的启动与优化过程后,氨氮去除量可以达到12 mg/L以上,系统具有明显PDA效果;另外,在获得PDA性能的SBR反应器内发生了短期的性能波动,这可能与K3填料的性质有关;试验进行过程中同时对生物膜上微生物群落结构变化进行分析,可以发现Anammox有关功能微生物Candidatus＿Brocadia和norank＿f＿＿AKYH767的增殖现象。
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