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目前关于电生物耦合处理技术的研究主要集中于电生物反应器类型、极板的选择、影响因素、去除效果以及宏观生物效应及应用方面,而缺乏对于电-生物反应器内的微生物多样性及微生物群落结构的微观机理研究,这在一定程度上制约了电生物耦合技术的开发利用。因此,无论是从学科自身的发展,还是从理论和实际需要来看,迫切需要进一步探究外接电压与微生物之间的相互关系,探讨电场对微生物生长代谢作用机理及各种条件对此过程的影响机制,为电-生物耦合反应器的应用提供一定的理论依据。本研究在分析电生物耦合反应器中污水处理效果的基础上,以高通量测序技术探讨电生物耦合反应器中微生物多样性,系统研究直流电场对电生物耦合反应器中微生物群落多样性的影响,并揭示不同pH范围内电生物反应器内微生物群落多样性变化规律,并研究电生物反应器内微生物的最适宜的电压。试验中采用两套相同的有机玻璃反应器,一套通过极板施加一定的电流,通过可调稳压电源研究电生物反应器在不同外接电压下的出水效果,每调整一次电压,反应器稳定3d左右,稳定时间视反应器中水质数据稳定情况而定。另一套反应器则作为空白对照。反应器内填料选择聚氨酯填料,电生物反应器中阴极采用钛极板,阳极采用钛镀钌极板。两组反应器均采用下进上出的进水方式,底部通过穿孔板进行均匀曝气。构建电生物耦合处理系统后,通过复合挂膜法的方式进行挂膜启动,并与普通生物反应器进行对比研究。试验结果表明:两组反应器在挂膜启动阶段CODcr和氨氮去除率的变化规律基本相同,电生物反应器对CODcr的去除率优于普通生物反应器,33天后电生物反应器对CODcr的去除率基本稳定在89.29%左右,普通生物反应器对CODcr的去除率稳定在78.31%左右,电生物反应器对CODcr的去除率比普通生物反应器高出10.98%。两组反应器对于氨氮的去除效果并无明显差异,33天后电生物反应器对氨氮的去除率可达到77.64%,普通生物反应器对氨氮的去除率可达到76.75%。外加电压对硝化细菌的作用并不是很明显,而在外接电压下,电生物反应器中的大分子难降解有机物降解为易于微生物吸收的小分子有机物,促进了好氧异养菌的生长,从而提高了微生物对CODcr的去除效率。在稳定运行阶段,分别研究了不同外接电压、进水pH值对电生物反应器的影响。研究结果表明:电压对于CODcr、氨氮和总氮的去除率有显著的影响,当外接电压为2.0V时,电生物反应器对CODcr的去除效果最佳,最高可达76.6%,电生物反应器中氨氮去除率范围为52.83%~71.04%,平均去除率为64.22%,此时反应器对氨氮的去除效率最佳,去除率可提高24.76%;去除总氮的最佳电压为4V,此时电生物反应器中TN的平均去除率最高,去除效果最佳,可达31.15%,相对未接电压可提高6.05%。在外接电压下进水pH值对CODcr的去除效果影响不大,进水pH值在6~9范围内电生物反应器对CODcr的去除效果良好,去除率最高可达76.6%;进水pH值对NH3-N去除效果的影响较为明显,通过外加电压增加了微生物的耐受pH能力,当进水pH为8.0时,反应器内氨氮去除效果最佳,去除率可达67.18%。采用高通量测序技术对比研究了电生物反应器阴极生物膜和阳极生物膜、普通生物反应器中生物膜、中试试验中生物膜系统的微生物多样性,并与接种活性污泥的微生物群落多样性进行对比分析,结果表明,通过外加适当电压对电生物反应器内的大多数微生物可产生正刺激的作用,促进了新物种的生长,进而增加微生物的丰富度和多样性,五组样品的细菌群落多样性大小为AC>WY3>WY4>WZ>BT,细菌群落丰富度大小为WY3>WZ>WY4>AC>BT。对细菌群落结构进行属水平分析,结果表明,电生物反应器中反硝化细菌Saprospiraceae、Flavobacterium、Sphaerotilus等,氢自养反硝化菌属Pseudomonas、Thermomonas、Arenimonas、Thauera,反硝化细菌Nitrosomonas等的相对丰度均得到提高。对真菌群落结构进行属水平分析,结果表明,外接电压可刺激Verticillium和Basidiomycota的生长。在电生物反应器的阳极生物膜样品中出现了较高丰度的Verticillium,中试试验反应器内生物膜中出现了较高比例的Basidiomycota。通过高通量测序技术研究了弱酸性和弱碱性进水pH下电生物反应器内微生物群落的动态变化,结果表明,进水pH值的大小对反应器内的微生物群落多样性有显著的影响,四组样品的多样性大小为MOC>MOE>AOE>AOC,群落丰富度大小为AOC>MOC>MOE>AOE。对四组样品进行PCA分析和PCoA分析,电生物反应器生物膜系统的微生物群落与对照组微生物群落有较大的差异,通过改变进水pH值对电生物反应器内微生物群落结构影响较小,只是改变了微生物种类的相对丰度比例,通过外加电压提高了电生物反应器内微生物抵抗pH变化的能力。在进水pH为弱酸性条件下Saprospiraceae、Anaerolineaceae、Flavobacterium、Rhodoferax、Thermomonas、Hydrogenophaga、Acidovorax、Arenimonas等菌属的相对丰度有明显的增加,在进水pH为弱碱性条件下Sphaerotilus、Saprospiraceae、Anaerolineaceae、Flavobacterium、Rhodoferax、Thermomonas、Hydrogenophaga、Nitrosomonas等功能均属的相对丰度显著增加。