【摘 要】
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厌氧氨氧化工艺被认为是最经济、可持续的废水脱氮工艺。然而,在厌氧氨氧化的反应过程中需提供氨和亚硝酸盐作为基质。由于氨是污水中主要的氮化合物,故稳定的亚硝酸盐供应成为了厌氧氨氧化工艺应用发展的关键。反硝化聚糖菌在厌氧阶段可充分吸收有机物并合成内碳源聚羟基烷酸,在缺氧阶段利用内碳源合成糖原并将硝酸盐还原,且通过控制反应器运行条件可使大部分硝酸盐的还原停留在亚硝酸盐阶段,这一过程称为内碳源部分反硝化,可
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厌氧氨氧化工艺被认为是最经济、可持续的废水脱氮工艺。然而,在厌氧氨氧化的反应过程中需提供氨和亚硝酸盐作为基质。由于氨是污水中主要的氮化合物,故稳定的亚硝酸盐供应成为了厌氧氨氧化工艺应用发展的关键。反硝化聚糖菌在厌氧阶段可充分吸收有机物并合成内碳源聚羟基烷酸,在缺氧阶段利用内碳源合成糖原并将硝酸盐还原,且通过控制反应器运行条件可使大部分硝酸盐的还原停留在亚硝酸盐阶段,这一过程称为内碳源部分反硝化,可为厌氧氨氧化工艺稳定地提供亚硝酸盐。本文首先利用SBR反应器富集培养了反硝化聚糖菌,然后开展了SBR反应器内碳源部分反硝化运行特性研究,最后利用批次实验对内碳源部分反硝化的影响因素进行研究,实验结论如下:（1）厌氧/好氧运行的SBR反应器接种污水处理厂氧化沟回流污泥,以乙酸钠为单一碳源,采用进水磷限制及厌氧末排水的双重策略经过78 d后成功富集聚糖菌。之后以NO3-作为电子受体,通过不断提高缺氧进水硝酸盐浓度以及控制缺氧反应时间诱导反硝化聚糖菌。在经历厌氧/缺氧/好氧、厌氧/缺氧及厌氧/缺氧/出水后曝气三种模式四个阶段的培养后,历时93 d成功诱导出反硝化聚糖菌。在一个SBR典型周期内,反硝化聚糖菌在厌氧阶段对细胞内碳源转化的贡献率可达96%,在缺氧阶段对硝酸盐还原的贡献率高达95.52%,系统平均亚硝酸盐转化率（nitrate-to-nitrite transformation ratio,NTR）可达60%以上。（2）SBR反应器内碳源部分反硝化运行特性的研究结果表明:随着排水比的增大,下周期厌氧初残余NOx-浓度降低从而减少对COD的消耗,有利于反硝化聚糖菌合成充足内碳源从而在缺氧段驱动部分反硝化,提高NTR值,在排水比为80%时NTR平均值达到最大,为64.72%;当后曝气段DO浓度由0.2 mg/L增至1 mg/L时,NTR平均值大幅提高,由44.18%上升至63.01%,而当DO浓度进一步提升至2 mg/L时,NTR平均值提升幅度不大;当控制缺氧时间分别为100 min及120 min时,NTR平均值差别较小,但当缺氧时间为140 min时,由于时间过长,更多的亚硝酸被还原,导致NTR平均值大幅降低;NTR平均值随着反应器温度的降低而降低,但当反应器由低温恢复到高温运行时,NTR平均值也随之恢复。（3）内碳源部分反硝化影响因素的批次实验结果表明:当COD/NO3--N分别为3.1、4.8、6.6及8.4时,NTR值呈现先升高后降低的趋势,在C/N比为4.8时达到最大,为68.32%;当进水磷浓度分别为0.31 mg/L、1.21 mg/L及2.43 mg/L时,NTR值随着进水磷浓度的升高而降低,分别为70.45%、68.82%及63.33%;当缺氧初p H值分别为6.53、7.58及8.89时,NTR值先降低后升高,分别为70.11%、65.05%及69.44%;在不改变进水COD/NO3--N的条件下,提升进水COD及NO3--N初始浓度为原先1.4倍后发现出水亚硝酸盐峰值差异不大,但NTR值有所下降,由66.07%降至62.71%;当批次实验中分别以乙酸钠和丙酸钠作为碳源时,NTR值分别为67.41%及44.96%,当改变SBR进水碳源为丙酸钠运行10 d后,系统无亚硝酸盐积累,反硝化聚磷菌活性增强并占据主导地位,说明在本实验中以乙酸钠为碳源更有利于内碳源部分反硝化。（4）高通量宏基因组测序分析结果表明:驯化后SBR反应器内菌群结构多样性与接种污泥相比有所下降。驯化后污泥在门水平上,Proteobacteria占比最大,为68.84%。从属水平分析,系统内反硝化聚糖菌Ca.Competibacter占据绝对优势地位,其相对丰度最高,达到31.12%,聚磷菌丰度仅为1.02%,说明系统内碳源部分反硝化过程主要由反硝化聚糖菌完成。
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