【摘 要】
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区域水环境中硝酸盐氮是富营养化和水质恶化的主要原因之一。异养和自养反硝化脱氮是两种常用的生物脱氮法,而混养反硝化中自养、异养脱氮结合优缺互补的理念,渐渐吸引生物反
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区域水环境中硝酸盐氮是富营养化和水质恶化的主要原因之一。异养和自养反硝化脱氮是两种常用的生物脱氮法,而混养反硝化中自养、异养脱氮结合优缺互补的理念,渐渐吸引生物反硝化研究者的关注。本实验通过反应器运行实验、污泥活性实验和微生物高通量测序,分析混合营养型反硝化的脱氮效果、影响因素以及参与混养反硝化的微生物群落。反应器运行实验设置混养和自养两个反硝化反应器,接种污泥为自养反硝化污泥,自养反硝化反应器以硫代硫酸钠为单一电子供体,混养反应器则以硫代硫酸钠和乙酸钠为混合电子供体,硫代硫酸钠和乙酸钠各自负担一半的氮负荷。通过调整水力停留时间(HRT)、进水NO3--N浓度、氮负荷分配等影响因素,对比自养和混养反应器的反硝化脱氮效果;为了比较不同条件下的污泥活性,设置不同条件的恒温摇床,以温度、无机磷、电子供体为主要单因素变量,探究混合营养型反硝化污泥的影响因素。此外,定期采集混养和自养反应器的污泥样品做高通量测序,分析运行过程中微生物群落结构变化和主要优势菌属。反应器运行实验结果表明:当自养、异养部分承担的氮负荷比为1:1、碳源投加量按COD/N(质量比)为5:1、硫源投加量按照S/N(摩尔比)为1时,混养反应器有很好的NO3--N去除率。反应器全程运行过程中,混养反硝化平均NO3--N去除率为81.1%,脱氮效果略优于自养反应器(76.9%)。HRT是影响自养和混养反硝化的脱氮效果的重要因素之一。缩短HRT可以提高反硝化反应器对NO3--N的去除负荷,但也会造成NO3--N去除率的波动和NO2--N的积累。当进水NO3--N分别为3mg/L和12mg/L时,HRT分别为1h和0.75h时,混养反硝化反应器可以保持90%以上的NO3--N去除率,几乎没有NO2--N的积累。对比硫自养反硝化,混养反硝化可以减少出水SO42-浓度,对比异养反硝化,混养反硝化不容易造成有机碳源投加过量的二次污染。污泥活性实验表明,温度和无机磷显著影响混养反硝化效果。当自养异养各负担一半氮负荷时,混养反硝化的适宜温度为20℃-34℃,温度升高更有利于混养反硝化的进行。添加无机磷不仅可以增加微生物量,而且能够提高反硝化菌的活性,对反硝化活性的改善显著。微生物群落分析表明,Thiothrix、Thauera、Dok59、Acinetobacter主要出现在混养系统中,Thiobacillus、Sulfurimonas、Gallionella主要出现在自养系统中。各个反应阶段阶段混养反应器内的生物多样性普遍高于自养反应器,混养系统中除了异养反硝化菌,还存在部分自养反硝化菌和兼养反硝化菌。实验证明,通过调控有机和无机反硝化电子供体的投加比例,自养、异养和兼养反硝化菌可以在混养反应器内良好共生。
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