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对比传统的污水生物脱氮处理工艺,单级自养脱氮工艺能够降低曝气量约63%,节约外加碳源100%,在很大程度上降低了生物脱氮处理成本,为废水的生物脱氮处理研究发展开发了新思路。单级自养脱氮工艺是通过自养菌好氧氨氧化菌(Ammonia Oxidation Bacteria,AOB)与厌氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonia Oxidation Bacteria,AAOB)之间的协同作用将氨氮转化成氮气完成除氮的过程,整个运行过程不需要有机物。然而,不含有机碳源的实际废水基本是不存在的,因此需要研究单级自养脱氮工艺在有机碳源情况下的脱氮性能。本试验利用序批式反应器(Sequencing Batch Reacter,SBR),探究了启动活性污泥法单级自养脱氮系统的过程;在单级自养脱氮系统启动并稳定运行一段时间后,通过投加有机碳源(葡萄糖)研究该系统在不同COD/NH4+-N条件下的除氮性能,并通过菌种的鉴定探讨了有机物加入前后微生物菌群的变化;研究了投加有机物过程中胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)各种成分含量的变化。在SBR反应器内接种普通活性污泥,利用人工合成废水在SBR反应装置内首先实现部分亚硝化,并通过接种一些取自同等条件下成功启动CANON工艺系统的序批式生物膜反应器里的生物膜,经过131d成功启动了活性污泥法CANON工艺系统,此时TN去除率达到60.43%。接着通过逐渐提高氨氮浓度来提高氨氮的容积负荷,最终TN去除率为76%,TN容积去除负荷为0.35kgN/(m3·d)。在该CANON工艺系统内的优势菌分别为属于浮霉球菌门下的Candidatus Anammoxoglobus菌属和属于β-Proteobacteria亚类的Nitrosomonas(亚硝化单胞菌属)。利用已经培养好并稳定运行的单级自养脱氮系统,通过不断增加进水中有机碳源(葡萄糖)的浓度同时氨氮的浓度保持不变,使系统进水COD/NH4+-N的平均值不断增加。结果表明:在COD/NH4+-N≤0.7的条件下,厌氧氨氧化菌可以与反硝化菌协同作用使系统的TN去除率提高,并且当COD/NH4+-N为0.7时,系统的NH4+-N转化率、TN去除率分别为91.98%、84.39%;在COD/NH4+-N在0.9的条件下,系统内的AAOB菌在与反硝化菌的竞争中处于劣势,变现为TN去除率逐渐降低,系统运行不稳定。菌种测定结果表明,投加有机碳源26d后,系统内的反硝化菌Thauera(索氏菌属)成为优势菌属,而Candidatus Anammoxoglobus、Nitrosomonas在系统内的丰度降低。采用三种不同的胞外聚合物提取方法,通过对比不同方法下的胞外聚合物提取量及细胞破损量发现,热提取法提取效率高且DNA相对含量少,是以将热提取法认为是CANON系统胞外聚合物的有效提取方法。EPS的测定结果表明,当COD/NH4+-N的平均值由0增加到0.9的过程中,系统内TB-EPS的含量先增加后降低;胞外聚合物中多糖及DNA的含量逐渐升高,蛋白质含量减少,TB-EPS对污泥的凝聚沉降性能产生的影响较小。