【摘 要】
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短程硝化工艺作为一种新型生物脱氮工艺,具有反应时间短、节省碳源和曝气量等优点的同时,存在启动困难、抗冲击负荷能力差等不足。近年来,研究表明外加磁场可提升氨氧化细菌（Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB）活性、提高amo A丰度,从而缩短短程硝化工艺的启动时间、提升脱氮能力。故本文将磁场与生物膜载体优化耦合,制作出3种具有不同磁场强度的新型悬浮填料（下称微磁载体）,探究低氧条
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短程硝化工艺作为一种新型生物脱氮工艺,具有反应时间短、节省碳源和曝气量等优点的同时,存在启动困难、抗冲击负荷能力差等不足。近年来,研究表明外加磁场可提升氨氧化细菌（Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB）活性、提高amo A丰度,从而缩短短程硝化工艺的启动时间、提升脱氮能力。故本文将磁场与生物膜载体优化耦合,制作出3种具有不同磁场强度的新型悬浮填料（下称微磁载体）,探究低氧条件下,不同磁场强度的微磁载体对于移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor,MBBR）挂膜的影响及对不同驯化方式实现短程硝化的启动与稳定运行的影响,并在后期逐步提高进水氨氮（NH4+-N）浓度,探究不同磁场强度的微磁载体对生物膜短程硝化工艺处理高氨氮废水的影响。具体研究结果如下:（1）0.3和0.6 m T微磁载体可以强化MBBR的挂膜过程,在整个挂膜期间对于COD和总氮去除率的增强效果明显。此外,与空白对照组（86.85%）相比,0.6 m T微磁载体的活菌比（90.75%）有所提升,而0.3和0.9 m T微磁载体则降低了生物膜内的活菌比,这表明微磁载体的引入对于生物膜内活菌比的提升无显著效果。（2）逐段降低溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度比快速降DO更有利于短程硝化启动。在快速降DO阶段,各反应器的亚硝酸盐累积率（Nitrite Accumulation Rate,NAR）虽皆较高,但由于DO浓度过低,导致NH4+-N去除率始终低于60%。在将反应器内DO由2 mg/L逐段降低至1 mg/L时,可同时实现较好的亚硝酸盐累积和氨氮去除的效果。在逐段降DO阶段,50 mg NH4+-N/L进水条件下,各微磁载体反应器在不同DO浓度下均能显著提高NAR和NH4+-N去除率,表明微磁载体可有效强化生物膜法短程硝化工艺的启动。但是,不同磁场强度的微磁载体对短程硝化启动存在“窗口效应”。此外,随着DO浓度的降低与反应器运行时间的拉长,反应器内的反硝化途径发生了变化,厌氧氨氧化对脱氮过程作出一定贡献。厌氧氨氧化菌属Candidatus Brocadia占比为R2（0.3 m T）＞R4（0.9 m T）＞R1（0 m T）＞R3（0.6 m T）。在无外加碳源的条件下,适当降低DO浓度,反而可以促进反应器内发生好氧反硝化。nar G基因在DO=1.5 mg/L时的丰度最高,并且此阶段时R2（0.3 m T）中的丰度最高,故磁场的引入可以强化无外加碳源条件下,生物膜短程硝化启动过程中的好氧反硝化过程。（3）100 mg NH4+-N/L进水条件下,DO为2 mg/L时,各反应器均可成功启动短程硝化,NAR达到80%以上的同时保持较高的NH4+-N去除率。同时,在无外加碳源的条件下,R2（0.3 m T）和R3（0.6 m T）在运行后期对TN的去除有显著的增强效果。酶活方面,微磁载体在DO较充足时,可以提高硝化酶AMO、HAO和NXR的活性;在DO降低至1 mg/L时,可以抑制各硝化酶活,从而将硝化反应控制在短程硝化阶段。对于反硝化过程,将进水NH4+-N浓度提升至200和400 mg/L后,磁场组内的硝酸盐还原酶活性明显受到抑制,表明高NH4+-N浓度会阻碍反硝化过程中的硝酸盐还原酶将NO3--N转化为NO2--N。此外,低DO条件可以大大增强亚硝酸盐还原酶的活性,促进反硝化过程的进一步发生。在进水NH4+-N浓度为100 mg/L且DO充足的条件下,磁场组强化了生物膜的硝化反硝化性能,且强度越高,强化效果越好。在微生物群落方面,在降低反应器内的DO浓度后,硝化螺旋菌门Nitrospirota在限氧条件下得到有效淘洗,有利于短程硝化过程。微磁载体可以强化Proteobacteria但削弱了Bacteroidota的富集。此外,低DO浓度下R2和R3中AOB菌丰度的降低是因为产生了厌氧氨氧化菌属Candidatus Brocadia,因此R2和R3中的脱氮途径均发生改变,厌氧氨氧化开始参与脱氮过程并作出一定贡献。
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