含氮杂环有机物吡啶是一种有毒的难生物降解有机物,而好氧共代谢技术是一种有效降解此类有机物的技术,且具有降解效率高、运行成本低等优点。本研究对不同共代谢底物对吡啶降解性能、脱氮性能以及污泥性能的影响进行探究;通过批次实验探究不同反应器内吡啶降解及脱氮的过程;利用微生物生物量及活性的变化为反应机理提供初步证明;采用液质检测吡啶降解的中间产物,分析可能的降解途径,为不同反应器中吡啶的降解及脱氮过程提供进一步的解释;通过高通量测序分析不同反应器中污泥微生物群落结构和功能,为不同反应器中的反应机理提供依据。建立3个序批式反应器P(空白对照反应器)、PG和PP(分别以葡萄糖和苯酚为共代谢底物)。反应器运行期间进水吡啶浓度从200 mg/L提升至400 mg/L,P、PG、PP出水中吡啶浓度和TOC浓度均低于10 mg/L,出水总氮分别在53mg/L、1 mg/L和35 mg/L左右,表明3个反应器都有较好的吡啶降解效果,而添加共代谢底物可增强反应器的脱氮能力。此外,反应器运行至36 d时,3个反应器中污泥浓度从3000 mg/L增加至4685 mg/L、6324 mg/L和5102 mg/L,表明PG反应器中葡萄糖的添加使污泥大量增殖。利用批次实验对3个反应器中吡啶降解及脱氮过程进行探究。结果表明P反应器内进行吡啶的降解及硝化反应,无反硝化反应的发生,通过微生物的增殖进行少量脱氮;PG反应器中微生物利用葡萄糖为碳源,吡啶为氮源进行大量增殖,从而高效脱氮;PP反应器中除了微生物增殖利用少量氮外,微生物还利用苯酚和上个反应周期残留的硝态氮进行反硝化脱氮。HPLC-MS检测共获得9种中间产物,并以此推测出3种代谢途径A、B和C,其中前两种为先羟基化后开环,C为先加氢还原后开环。P反应器可能拥有3种降解途径,推测反应器中具有较多种类的功能降解菌;PG反应器可能拥有降解途径B,推测反应器中吡啶开环最早,为微生物快速增殖提供条件;PP反应器可能拥有降解途径B和C,推测反应器中富集了能同时降解苯酚与吡啶的微生物。通过高通量测序从微生物层面对不同反应器内吡啶降解及脱氮机理进行探究。4个污泥样品(接种污泥S,三个反应器内污泥RP、RPG和RPP)测序结果表明:不同的共代谢底物对微生物群落结构及功能有明显的影响。Paracoccus(13.68%)、Thauera(6.78%)、Chryseolinea(6.61%)在RP中富集为P反应器提供了多途径降解吡啶与硝化的能力;RPG中Paracoccus(10.69%)和Saccharibacteria(15.54%)的大量富集为PG反应器提供了通过降解途径B降解吡啶与利用污泥快速增殖高效脱氮的能力;RPP中高丰度的Thauera(30.77%)则使PP反应器具有高效反硝化脱氮的能力。除此以外,基于KEGG的功能预测也获得相同的结果。本研究详细探究了分别使用葡萄糖和苯酚作为共代谢底物的情况下反应体系内吡啶降解及脱氮的机理,并使用HPLC-MS分析和高通量测序进一步验证其反应机理,为吡啶类废水生物降解提供了一定的理论基础和技术支持。