【摘 要】
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降低废水中的氮化合物是改善水环境和水质的重要措施之一。与传统硝化/反硝化工艺相比,短程硝化（Partial Nitrinition）/厌氧氨氧化（Anammox）工艺（简称PN/A工艺）在处理高浓度氨氮、低碳氮比的废水时具有低成本和高效率等优势。在PN/A工艺中,一方面,PN工艺难以稳定控制出水亚硝化比例,从而影响后续Anammox脱氮性能;另一方面,当厌氧氨氧化菌（An AOB）与氨氧化菌（AO
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降低废水中的氮化合物是改善水环境和水质的重要措施之一。与传统硝化/反硝化工艺相比,短程硝化（Partial Nitrinition）/厌氧氨氧化（Anammox）工艺（简称PN/A工艺）在处理高浓度氨氮、低碳氮比的废水时具有低成本和高效率等优势。在PN/A工艺中,一方面,PN工艺难以稳定控制出水亚硝化比例,从而影响后续Anammox脱氮性能;另一方面,当厌氧氨氧化菌（An AOB）与氨氧化菌（AOB）在一个反应器内协同脱氮时,因两者对环境要求不同,导致难以同时富集,因而影响了PN/A工艺的广泛应用。本文构建了一体式连续多级PN/A工艺反应器,并深入研究了该反应器的启动、运行调控以及其脱氮性能。主要结论如下:（1）构建了一种一体式多级好氧生物膜/厌氧颗粒污泥反应器（MOBAPR）。通过在MOBAPR内设置厌氧/好氧隔室,以及在好氧室采用间歇曝气的方式,8天内成功实现PN工艺的快速启动。在PN工艺稳定运行47天后,PN/A工艺被成功启动,脱氮效率（NRE）为83.41%±2.45%。16S r RNA基因测序表明,MOBAPR中AOB（27.09%）和An AOB（9.99%）成功被同时富集。在PN/A工艺运行过程中,气液比（曝气速率与进水速率的比值,G/L）控制不仅可以提高MOBAPR的脱氮性能,还可以代替DO控制以简化PN/A工艺操作。（2）为探讨MOBAPR的PN/A工艺对废水水质水量季节性波动的适应性,进行了低温和饥饿恢复研究。实验结果表明,通过控制气液比可实现PN/A工艺长期稳定运行。较低温度下（17±5℃）运行PN/A工艺过程中,MOBAPR中整体脱氮效能被显著抑制,但可以通过适当提高p H来减缓低温对PN/A工艺的影响。此外,对微生物菌群饥饿52天后,MOBAPR的PN/A工艺脱氮性能在7天内被快速重新激活。16s高通量测序结果表明MOBAPR的PN/A工艺长期运行后,各反应室（第341天）An AOB相对丰度分别达到41.00%、29.91%、30.83%和24.75%,实现了功能菌的高度富集。（3）对MOBAPR进行系统性优化,构建了一个由MOBAPR和曝气时间/p H控制策略组成的好氧生物膜/厌氧颗粒脱氮系统（OANRS）。OANRS将单阶段与两阶段PN/A工艺的优势结合在一起,成功在41天内实现PN/A工艺的快速启动。当PN/A工艺启动成功后,OANRS利用微生物之间的基质竞争可以有效抑制NOB。并且在高DO（2.1±0.4mg/L）和低p H（6.86±0.10）条件下OANRS依旧可以实现PN/A工艺高效稳定运行。高通量测序结果显示,在第98天An AOB被高效富集在每个隔室中（20.42±15.88%）。其中厌氧隔室R4中Candidatus Kuenenia（An AOB）相对丰度高达43.13%。此外,通过污泥形貌分析证实了MOBAPR中好氧生物膜/厌氧颗粒污泥形式可以更好持留生物质,从而促进功能菌高效富集。
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