无机氮是一种常见的水体污染物,广泛存在于生活污水、工业污水等污水中,其含量过高会造成水体恶化、危害人体健康。氮元素的去除是污水处理厂的主要处理目标之一,随着污水处理厂污染物排放标准中对氮元素浓度要求的逐渐提高,氮的去除尤其是如何高效去除硝态氮如今仍是许多污水处理厂的工作难点。传统的物理法和生化法的脱氮效率难以达到新的要求,对于污水处理厂来说,必须加入使用深度脱氮工艺来进一步脱氮以达到排放标准。垂直折流式生物膜反应器(Vertical Baffled Bioreactor,VBBR)是一种新型生物膜反应器,不仅具备节省构筑面积、工艺管理简单等膜反应器的普遍特点,同时固定的生物膜也使生物相更稳定,有厌氧环境易控、无剩余污泥产生等独特优势。本文将VBBR反应器作为深度处理脱氮工艺,从提高反硝化效率和降低反硝化运行成本的角度增加反应器的可利用性,同时研究VBBR反应器内部的群落构成,通过高通量测序技术进行微生物群落多样性组成谱分析。主要研究如下:(1)通过改变VBBR反应器内的温度和C/N比条件,可以分析温度和C/N比对VBBR反应器反硝化速率的影响程度。实验发现,水温在19℃~28℃范围内,系统温度越高,反硝化速度越快。在其它外界条件合适的情况下,当温度为28℃,C/N比等于4,VBBR 6小时能完全降解进水50mg/L的硝态氮,具有优良的脱氮效果的同时碳源利用率高。(2)通过调节硝化反应和反硝化反应的时间占比来寻找更加高效的脱氮工艺。实验发现,合适的时间占比可缩短脱氮时间,提高脱氮效率。经正常硝化反应和反硝化反应过程,需要大约9-10小时,而经硝化反硝化时间占比调节成3小时+3小时后,只需要6小时即可达到污水处理厂出水I级A排放标准,能节省约30%的时间。(3)通过模拟反硝化出水回流探究降低运行成本的可行性。实验发现,VBBR反应器的反硝化出水回流至好氧池可以实现碱度回用。VBBR反应器出水回流实际能提供正常情况下完全硝化反应所需约三分之一的碱度,降低三分之一的p H缓冲剂成本。综上所述,工程上可能将VBBR反应器引入好氧池中间更合适。(4)通过摇瓶实验和高通量测序技术探究VBBR反应器内部附着的生物膜上下存在的群落差异。由摇瓶实验得,上层D型板上附着的微生物要比下层D型板上附着的微生物反硝化性能更好,尤其体现在反硝化第二步亚硝态氮的降解上。由物种群落分析得,上层D型板上附着微生物里反硝化菌的丰度高于下层,这与摇瓶实验结果相吻合。造成上述结果的原因可能是是由于上层生物膜接触的溶解氧浓度比下层更低,使圆柱体上层有一个更好的厌氧环境,更适合异养型厌氧微生物的生长。