厭氧氨氧化（Anammox）能夠在無需外加碳源的條件下實(shí)現(xiàn)高效自養(yǎng)脫氮，適用于低碳氮比城鎮(zhèn)污水處理。但厭氧氨氧化細(xì)菌（AnAOB）世代周期長、生長速率低，倍增時(shí)間為10~30d，對環(huán)境條件要求嚴(yán)苛，且只有菌種細(xì)胞密度高達(dá)1010個(gè)/mL以上時(shí)才能顯現(xiàn)活性，因此其富集啟動(dòng)十分緩慢，這限制了該工藝的大規(guī)模應(yīng)用。此外，AnAOB主要以顆粒污泥形式存在，在面對污水水質(zhì)與水量沖擊時(shí)會(huì)出現(xiàn)顆粒污泥結(jié)構(gòu)松散、破碎等問題。因此，尋找能夠使系統(tǒng)AnAOB快速富集與穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)有效維持其生物量的啟動(dòng)方法，對Anammox技術(shù)在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用具有重要意義。

筆者將Anammox與膜生物反應(yīng)器（MBR）耦合，構(gòu)建Anammox-MBR系統(tǒng)，利用MBR的高效截留作用，建立AnAOB顆粒污泥與生物膜復(fù)合富集體系；探究在啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行階段梯度提高進(jìn)水基質(zhì)濃度與縮短水力停留時(shí)間（HRT）等方式對反應(yīng)器污染物去除特性及AnAOB富集的影響；利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察顆粒污泥形態(tài)特征，并通過關(guān)鍵酶活性變化和微生物群落結(jié)構(gòu)解析其反應(yīng)機(jī)理，為工程應(yīng)用中AnAOB快速富集、系統(tǒng)啟動(dòng)與長期穩(wěn)定運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。

1、材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與接種污泥

Anammox-MBR為不銹鋼圓柱體，有效體積為176.6L，設(shè)有溢流口控制反應(yīng)器液位，內(nèi)置加熱棒和在線監(jiān)測儀，試驗(yàn)裝置如圖1所示。進(jìn)水自反應(yīng)器底部由泵泵入，出水經(jīng)平板膜組件由泵抽出。接種污泥取自南京某污水處理廠UCT（UniversityofCapeTown）工藝生化池厭氧段，污泥濃度約為3500mg/L。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)與運(yùn)行條件

試驗(yàn)采用連續(xù)進(jìn)水方式，以模擬廢水為進(jìn)水。NH4+-N和NO2--N分別由NH4Cl和NaNO2提供，基質(zhì)濃度比例為1∶1。無機(jī)碳源、緩沖劑、微量元素等成分的組成及濃度參照文獻(xiàn)設(shè)置。

試驗(yàn)共分為3個(gè)階段，啟動(dòng)期（階段Ⅰ），通過攪拌耦合MBR的截留作用，對菌種進(jìn)行篩選并富集AnAOB；穩(wěn)定運(yùn)行期（階段Ⅱ和階段Ⅲ），停止攪拌，便于形成顆粒污泥。反應(yīng)器啟動(dòng)期，為使污泥快速適應(yīng)環(huán)境，采用較長HRT和低進(jìn)水基質(zhì)濃度；反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行期，為促使菌種快速富集，提高其脫氮和抗沖擊負(fù)荷能力，通過階梯式循序提高進(jìn)水基質(zhì)濃度（階段Ⅱ）和縮短HRT（階段Ⅲ）的方式提高進(jìn)水負(fù)荷。整個(gè)運(yùn)行階段，反應(yīng)器水溫通過加熱棒控制為（32.1±1.6）℃，pH=7.40~8.75，各階段運(yùn)行條件如表1所示。

1.3 分析項(xiàng)目與方法

1.3.1 常規(guī)指標(biāo)分析測試方法

TN、COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、MLSS、MLVSS等參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）進(jìn)行檢測；pH、溶解氧和溫度采用PHG-217C在線監(jiān)測儀進(jìn)行檢測。

1.3.2 污泥形態(tài)表征

取反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行第460天的MBR膜表面污泥和系統(tǒng)內(nèi)顆粒污泥，采用SEM觀察分析表面微觀形態(tài)與結(jié)構(gòu)特征。

1.3.3 關(guān)鍵酶活性測定與微生物群落結(jié)構(gòu)分析

分別取反應(yīng)器啟動(dòng)初期（第0天）、啟動(dòng)成功（第135天）和各階段穩(wěn)定運(yùn)行期（第292天和第480天）的膜表面污泥和顆粒污泥，對亞硝酸還原酶（NIR）、肼脫氫酶（HDH）、聯(lián)氨合成酶（HZS）及脫氫酶（DHA）進(jìn)行檢測，按照檢測試劑盒標(biāo)準(zhǔn)方法（ZCIBIO，中國）進(jìn)行測定；采用CTAB或SDS法對樣本的基因組DNA進(jìn)行提取，以帶Barcode的特異引物，使用IlluminaNovaSeq6000進(jìn)行上機(jī)測序，測定樣品的微生物群落結(jié)構(gòu)。

2、結(jié)果與分析

2.1 Anammox-MBR快速啟動(dòng)和運(yùn)行特征

Anammox-MBR中試系統(tǒng)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行各階段的氮素轉(zhuǎn)化與去除情況如圖2所示。45~76d與213~255d因疫情防控需要停止進(jìn)水，324~338d與380~404d因加熱棒故障，水溫分別為20.6~25.6℃與12.4~15.9℃。其中TN容積去除負(fù)荷（NRR）、TN進(jìn)水負(fù)荷（NLR）、TN去除率（NRE）用于表征TN的去除情況。

2.1.1 啟動(dòng)期（階段Ⅰ）

由圖2可知，經(jīng)過約135d，Anammox-MBR成功啟動(dòng)，且可分為活性遲滯期、活性展現(xiàn)期和活性提升期3個(gè)時(shí)期。1~21d，反應(yīng)器為活性遲滯期，該階段出水各項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)明顯波動(dòng)，出水NO3--N濃度較低且無明顯變化，表明此時(shí)反應(yīng)器中沒有發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)。21~94d，反應(yīng)器內(nèi)NH4+-N與NO2--N去除率開始同步上升，同時(shí)NO3--N生成量呈升高趨勢，表明反應(yīng)器開始出現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)。但出水NO3--N濃度為（12.83±4.80）mg/L，高于Anammox反應(yīng)中的理論值（5.09±2.43）mg/L，分析認(rèn)為是由于進(jìn)水DO偏高，NH4+-N與NO2--N通過硝化反應(yīng)生成NO3--N。因此，第95天開始，進(jìn)水投加Na2SO3進(jìn)行化學(xué)除氧，控制DO<0.2mg/L，與此同時(shí)，提高進(jìn)水氮負(fù)荷以促進(jìn)AnAOB快速富集增殖。受進(jìn)水氮負(fù)荷突升的影響，NH4+-N和NO2--N去除率在95~104d均呈現(xiàn)短暫下降趨勢，分別由33.74%和45.91%降至19.57%和41.82%。當(dāng)AnAOB逐漸適應(yīng)后，Anammox活性恢復(fù)，反應(yīng)器性能呈現(xiàn)快速提高趨勢并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，說明進(jìn)水基質(zhì)濃度提升加速了菌種的生長和富集。活性提升期末，NH4+-N和NO2--N去除率分別達(dá)到（94.16±3.98）%和（94.43±2.72）%，出水NO3--N隨著Anammox活性增強(qiáng)接近理論值，NRE穩(wěn)定在（80.08±0.80）%，因此認(rèn)為Anammox-MBR反應(yīng)器啟動(dòng)成功。既有研究表明，AnAOB富集培養(yǎng)通常需200~300d，本研究的啟動(dòng)時(shí)間較之大大縮短。這可能是因?yàn)椋�在啟�?dòng)階段采用厭氧攪拌與MBR耦合的方式預(yù)篩選菌種，一方面，反應(yīng)器內(nèi)微生物通過攪拌與底物充分接觸，污泥在剪切力作用下以絮狀為主，避免形成包裹大量雜菌的顆粒，導(dǎo)致難以篩除；另一方面，MBR可以防止世代周期較長的AnAOB流失。Tao等發(fā)現(xiàn)使用MBR替代SBR啟動(dòng)Anammox，能將Anammox活性提高19倍，進(jìn)一步說明了MBR可以更好地富集AnAOB，與本研究結(jié)論一致。

2.1.2 穩(wěn)定運(yùn)行期（階段Ⅱ和Ⅲ）

反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，階段Ⅱ（136~292d）通過階梯式提高進(jìn)水基質(zhì)濃度進(jìn)一步富集AnAOB。階段Ⅱ-1，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度為（60.88±6.86）和（62.28±2.52）mg/L，NH4+-N、NO2--N去除率分別達(dá)到（95.61±2.48）%和（92.17±2.11）%；NO3--N出水濃度相較于理論值不斷降低，表明反應(yīng)器內(nèi)Anammox活性提升的同時(shí)，存在其他脫氮途徑消耗NO3--N，考慮到反應(yīng)器長期缺乏外源有機(jī)物，推測可能發(fā)生內(nèi)源反硝化脫氮。在階段Ⅱ-2，將進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度提升至（76.35±5.07）和（85.31±3.50）mg/L，此時(shí)系統(tǒng)對NH4+-N和NO2--N的去除效果有所下降（p<0.05），平均去除率分別降至（87.46±5.56）%和（88.24±4.52）%；與此同時(shí)，出水NO3--N濃度由17.77mg/L降至14.69mg/L，說明反硝化作用增強(qiáng)，有利于Anammox反應(yīng)產(chǎn)生的NO3--N通過反硝化去除。階段Ⅱ-3，由于進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度分別提升至（114.01±4.60）和（114.30±6.23）mg/L，且反應(yīng)器經(jīng)過了一段時(shí)期的無進(jìn)水饑餓運(yùn)行，NH4+-N和NO2--N去除率較低，經(jīng)過18d的連續(xù)運(yùn)行，反應(yīng)器性能逐漸恢復(fù)，NH4+-N和NO2--N去除率最終分別穩(wěn)定在（85.09±1.68）%和（86.33±1.42）%，與階段Ⅱ-2無顯著差異；出水NO3--N濃度穩(wěn)定在（16.74±3.89）mg/L，低于理論計(jì)算值，說明反應(yīng)器內(nèi)存在穩(wěn)定的協(xié)同脫氮途徑。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，通過階梯式提高進(jìn)水基質(zhì)濃度促進(jìn)Anammox反應(yīng)的同時(shí)，系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO3--N濃度也相應(yīng)升高，且始終低于理論出水濃度，反硝化作用增強(qiáng)，NH4+-N和NO2--N去除率略有下降并逐漸趨于穩(wěn)定；但由于進(jìn)水基質(zhì)濃度提升，總體上Anammox的污染物去除負(fù)荷和去除能力均得到顯著提升，AnAOB活性也相應(yīng)不斷增強(qiáng)。

反應(yīng)器運(yùn)行階段Ⅲ（293~480d），在進(jìn)水基質(zhì)濃度基本不變的情況下階梯式縮短HRT，提高進(jìn)水氮負(fù)荷，進(jìn)一步富集純度更高的AnAOB顆粒污泥。根據(jù)反應(yīng)器HRT梯度，可將其劃分為3個(gè)時(shí)期。此階段存在兩段低溫期，在低溫期內(nèi)NH4+-N和NO2--N去除率有所下降，但當(dāng)溫度回升后反應(yīng)器能迅速從低溫抑制中恢復(fù)，說明低溫條件下Anammox仍保留部分活性，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。不同HRT下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)NH4+-N和NO2--N的平均去除率與容積去除負(fù)荷如圖3所示。

由圖3可知，隨著HRT縮短，NH4+-N和NO2--N去除率沒有顯著性差異（p>0.05），但容積去除負(fù)荷顯著增加（p<0.05）。與HRT=12h相比，當(dāng)HRT為8和4h時(shí)，NH4+-N容積去除負(fù)荷分別增加了52.60%和210.87%，而NO2--N容積去除負(fù)荷分別增加了51.40%和207.52%，TN的NRR最高可達(dá)1.36kg/（m3·d）。可見，Anammox-MBR顯著提高了系統(tǒng)的脫氮能力，NRR高于普通硝化-反硝化工藝。分析認(rèn)為，一方面，縮短HRT使反應(yīng)器內(nèi)上升流速增大，不僅可以有效促進(jìn)污泥顆粒化、篩選出活性更強(qiáng)的菌種，而且加速了系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)傳遞過程、促進(jìn)生物反應(yīng)；另一方面，MBR使得系統(tǒng)在HRT縮短的同時(shí)仍可有效截留世代周期較長的AnAOB，進(jìn)一步保障了脫氮效率。

2.2 化學(xué)計(jì)量比分析

Anammox化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

NH4+-N和NO2--N同時(shí)被去除并生成一定比例的NO3--N，理論計(jì)量比為R（1ΔNO2--N∶ΔNH4+-N）=1.32、R（2ΔNO3--N∶ΔNO2--N）=0.20。因此，NH4+-N、NO2--N以及NO3--N三者之間的實(shí)測值與理論值對比可表征Anammox-MBR系統(tǒng)中厭氧氨氧化反應(yīng)進(jìn)展情況，結(jié)果如圖4所示。

裝置啟動(dòng)初期（階段Ⅰ-1），反應(yīng)器內(nèi)三氮比值變化無明顯規(guī)律，該階段反應(yīng)器處于活性遲滯期，在進(jìn)水高DO濃度條件下，系統(tǒng)中大部分NH4+-N和NO2--N被氧化為NO3--N，AnAOB活性較低。階段Ⅰ-2，通過化學(xué)除氧并提高進(jìn)水底物濃度后，促進(jìn)了AnAOB生長，R1和R2逐漸趨于理論值，系統(tǒng)展現(xiàn)出較高的Anammox活性。

反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期Ⅱ和Ⅲ后，分別通過階梯式提高進(jìn)水底物濃度和縮短HRT，AnAOB逐漸富集并占據(jù)優(yōu)勢。R1和R2均逐漸趨于穩(wěn)定，其中R2穩(wěn)定在理論值（0.20）左右，可見，系統(tǒng)形成穩(wěn)定的Anammox脫氮效應(yīng)。值得指出的是，本研究R1一直略低于理論值，這是由于為使NO2--N得到充分反應(yīng)，進(jìn)水NH4+-N和NO2--N比例控制為1∶1，原始基質(zhì)R1小于理論值；此外，進(jìn)水添加Na2SO3除氧生成SO42-，在硫酸鹽型還原菌作用下NH4+-N被氧化生成NO2--N，進(jìn)而增加了NH4+-N消耗量。

2.3 污泥微觀形態(tài)特征分析

取系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至第460天的MBR膜表面污泥和系統(tǒng)內(nèi)顆粒污泥，通過SEM觀察污泥表面微觀形態(tài)，結(jié)果見圖5。

由圖5（a）可知，MBR膜表面主要由“團(tuán)簇”狀生物聚集體構(gòu)成。選取某一處長度為384.0μm的聚集體，將其表面緊密平實(shí)處（箭頭1處）放大4000倍（圖5（b））及40000倍（圖5（c）），可見，膜表面污泥主要由形狀大小一致、分布均勻的球菌（箭頭2、4處）和絲狀菌（箭頭3、5處）構(gòu)成。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，AnAOB形態(tài)多樣，多呈不規(guī)則的球狀、卵狀，常聚集生活，可知這些細(xì)菌形態(tài)和群聚程度符合AnAOB及其共生菌的特點(diǎn)。球菌緊密黏連，呈“團(tuán)簇”狀分布，團(tuán)狀物之間分布著氣體孔道，用于傳輸基質(zhì)及釋放氣體，這是因?yàn)?/span>AnAOB自身能分泌胞外聚合物（EPS），產(chǎn)生黏連作用，同時(shí)能幫助細(xì)胞表面形成多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)微生物聚集。由于膜組件具有良好的截留作用，其表面污泥中球菌聚集度高且結(jié)構(gòu)緊密。膜表面污泥中同樣含量較多的是纏繞、包裹著生物聚集體的絲狀菌，它們連接著不同球菌，呈現(xiàn)穩(wěn)定的共生狀態(tài)，為細(xì)菌進(jìn)行胞外營養(yǎng)轉(zhuǎn)移或電子傳遞提供通道，這與蘇雪瑩等相關(guān)研究一致，認(rèn)為少量絲狀菌有助于其他菌種在填料上的固定，與附在其上的菌膠團(tuán)細(xì)菌形成共生的微生物生態(tài)體系。

5（d）為Anammox系統(tǒng)中顆粒污泥放大500倍的表面形態(tài)，對比MBR膜表面污泥發(fā)現(xiàn)，顆粒污泥表面形狀不規(guī)則，球菌大小差異明顯，且將桿菌等其他細(xì)菌包裹其中（箭頭7處）；表面分布著較多不規(guī)則氣道，孔隙較大，更有利于基質(zhì)傳輸。選取圖5（d）箭頭6處放大5000倍（圖5（e）），發(fā)現(xiàn)大球菌表面黏連著很多微小球菌。進(jìn)一步選取箭頭8處放大至20000倍（圖5（f）），觀察到緊密連接、形狀均勻的小球菌。此外，顆粒污泥表面含有少量絲狀菌（箭頭9、10處）。

2.4 脫氮機(jī)理解析

在系統(tǒng)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行階段，對Anammox反應(yīng)過程中的關(guān)鍵酶活性和微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行采樣分析。反應(yīng)器接種污泥標(biāo)記為AMX0，啟動(dòng)成功（第135天）和各階段穩(wěn)定期（第292天和第480天）的膜表面污泥和顆粒污泥樣本，分別標(biāo)記為AMX11、AMX12，AMX21、AMX22和AMX31、AMX32。

2.4.1 酶活性變化

NIR在Anammox和反硝化代謝過程中將NO2--N轉(zhuǎn)化為NO，其活性表征了AnAOB與反硝化細(xì)菌總體活性；HZS和HDH為AnAOB中關(guān)鍵酶，HZS表征Anammox反應(yīng)中NO和NH4+-N轉(zhuǎn)化成N2H4的過程，HDH表征N2H4轉(zhuǎn)化為N2的過程，是Anammox反應(yīng)的限速步驟，對Anammox活性更具指示性；DHA表征反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物降解效果。不同階段的酶活性變化如圖6所示。

由圖6可知，系統(tǒng)成功啟動(dòng)后，各階段NIR活性較初始接種污泥變化不大，這是因?yàn)槌跏冀臃N污泥為運(yùn)行良好的厭氧池活性污泥，其中存在反硝化過程，NIR本身活性已較高。但各階段HZS和HDH活性與初始接種污泥相比均有所提升，NO2--N還原生成的NO和NH4+-N在HZS作用下生成N2H4，N2H4在HDH作用下轉(zhuǎn)化為N2脫除，NH4+-N去除率升高，說明Anammox活性穩(wěn)定提升。由圖6還可以看出，各階段MBR膜表面HZS活性明顯高于顆粒污泥（p<0.05），HDH活性較顆粒污泥略有提高，說明MBR膜表面Anammox反應(yīng)活性高于顆粒污泥，這可能是由于水力剪切作用，不僅促進(jìn)了膜表面生物膜更新，而且有利于物質(zhì)傳遞。結(jié)合污泥微觀形態(tài)分析，穩(wěn)定運(yùn)行的膜表面污泥中球菌聚集度較顆粒污泥更高，且結(jié)構(gòu)更緊密，同樣證明MBR膜表面Anammox反應(yīng)活性更高。

值得注意的是，相較于階段Ⅰ，階段Ⅱ的DHA活性在MBR膜表面升高，在顆粒污泥中降低，而MBR膜表面和顆粒污泥的NIR、HZS和HDH活性無明顯差異，這說明提高進(jìn)水基質(zhì)濃度對MBR膜表面反硝化促進(jìn)作用更明顯。階段Ⅲ（293~480d）運(yùn)行結(jié)束時(shí)，MBR膜表面污泥中HDH顯著下降（p<0.05），而顆粒污泥中仍保持不變，推測HRT對膜表面聯(lián)氨脫氫過程影響更為顯著。最終DHA活性不再有明顯變化，可知Anammox和反硝化反應(yīng)較為穩(wěn)定，進(jìn)一步說明反應(yīng)器內(nèi)存在穩(wěn)定的協(xié)同脫氮機(jī)制。

2.4.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析

通過研究反應(yīng)器啟動(dòng)和運(yùn)行過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的組成和群落演替過程，推斷反應(yīng)器運(yùn)行情況，以期探明AnAOB富集過程。

①菌群豐度及多樣性

不同階段樣品α多樣性指數(shù)見表2。可知，Anammox-MBR啟動(dòng)成功后（第135天），與接種污泥相比，膜表面污泥樣本的OTUs、Chao1與ACE指數(shù)均明顯降低，而顆粒污泥樣本的指數(shù)則大幅上升，說明反應(yīng)器啟動(dòng)過程提高了顆粒污泥中微生物菌群的豐度，降低了膜表面污泥中微生物豐度。推測這是由于啟動(dòng)過程中進(jìn)水條件變化促進(jìn)了懸浮系統(tǒng)中的多種菌群增殖，而MBR膜表面Anammox反應(yīng)活性高，對AnAOB的富集程度高，因此微生物豐度較低。

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后（第292天），膜表面污泥中各項(xiàng)指數(shù)未發(fā)生明顯變化，而顆粒污泥中OTUs、Chao1、ACE與Shannon指數(shù)均顯著降低，即微生物豐富度和多樣性有所下降，這是因?yàn)閿嚢韬Y選后的絮狀污泥在顆粒化過程中不斷富集Anammox菌種、淘汰劣菌，功能菌優(yōu)勢凸顯。隨著系統(tǒng)運(yùn)行趨于結(jié)束（第480天），膜表面污泥與顆粒污泥中OTUs、Chao1與ACE指數(shù)均顯著降低，說明系統(tǒng)在不同生態(tài)位中均強(qiáng)化了AnAOB富集程度。

由表2還可以看出，各階段膜表面污泥和顆粒污泥中Shannon指數(shù)較接種污泥均明顯下降，生物多樣性降低，說明MBR在截留富集微生物時(shí)能有效縮短菌種篩選時(shí)間，提高富集程度。此外，各階段Simpson指數(shù)、Coverage指數(shù)無顯著差異，表明各階段樣品分布均勻度與測序深度相似，測序結(jié)果可以有效反映污泥中微生物菌群分布情況。

②微生物菌群在屬水平的比較

不同樣品在屬水平上的微生物群落結(jié)構(gòu)分布如圖7所示，檢測到Candidatus_Brocadia、Candidatus_Jettenia和Candidatus_Kuenenia三種AnAOB。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至第292天時(shí)，AnAOB豐度達(dá)到最高水平，相對豐度從0%上升至20.78%（MBR膜表面污泥）和22.79%（顆粒污泥），Anammox功能菌高度富集，且豐度顯著高于其他相關(guān)研究。在Anammox-MBR運(yùn)行過程中，AnAOB在系統(tǒng)中總豐度增長幅度差異明顯。膜表面污泥在運(yùn)行至第135天和第292天時(shí)，AnAOB豐度分別增長了10.42%和10.36%，而顆粒污泥中AnAOB豐度分別增長了4.77%和18.02%，這是因?yàn)殡S著進(jìn)水氮負(fù)荷的提高，厭氧氨氧化菌群豐度不斷上升。在第480天，AnAOB豐度下降，這是因?yàn)檫M(jìn)水氮負(fù)荷不變而HRT減小，AnAOB抗水力沖擊負(fù)荷能力較弱，導(dǎo)致Anammox功能菌豐度有所下降，而后保持穩(wěn)定。MBR膜表面較顆粒污泥AnAOB豐度增加較早，與關(guān)鍵酶分析結(jié)果一致。

占比最高的Candidatus_Brocadia偏好于在生物膜中生長，MBR的有效截留使得表面生物膜厚度不斷增加，有利于該菌屬在其中繁殖。而啟動(dòng)階段反應(yīng)器內(nèi)由于不斷進(jìn)行攪拌并未形成顆粒化污泥，穩(wěn)定運(yùn)行后關(guān)閉攪拌機(jī)，污泥聚集形成顆粒狀態(tài)后Candidatus_Brocadia增殖較快，說明采用MBR和連續(xù)攪拌耦合的方式能夠大大縮短Anammox啟動(dòng)時(shí)間，提高AnAOB富集效果。Candidatus_Jettenia在HRT降低后于膜表面的豐度增加，推測其在3種AnAOB中具有較強(qiáng)的抗水力沖擊負(fù)荷能力，且在膜表面效果更好。一般AnAOB在特定Anammox系統(tǒng)中往往只有一種功能菌占主導(dǎo)地位，而在本研究中MBR表面生物膜與顆粒污泥共存的方式可以富集出多種功能菌，能夠有效提高不同條件下的脫氮效率。

值得注意的是，不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter）在階段Ⅰ與階段Ⅲ結(jié)束時(shí)的豐度都較高，前者是因?yàn)?/span>Acinetobacter對環(huán)境的適應(yīng)時(shí)間較短，后者是因?yàn)?/span>HRT降低，反硝化作用相對增強(qiáng)，且其在顆粒污泥中豐度高于膜表面污泥，與酶活性分析結(jié)果一致。此外，Bacillus在第135天并未表現(xiàn)出明顯的富集效果，而階段Ⅱ結(jié)束時(shí)，在膜表面和顆粒污泥中豐度分別達(dá)到19.19%和23.79%。有報(bào)道認(rèn)為Bacillus中相關(guān)菌種具有硫酸鹽型還原功能，能以硫酸鹽為電子受體氧化NH4+-N生成NO2--N，因此認(rèn)為該菌屬在該階段的大量富集與進(jìn)水中投加Na2SO3除氧生成硫酸鹽有關(guān)。在第480天，反應(yīng)體系中未檢出Bacillus，據(jù)研究，HRT越長越有利于Bacillus生長，則推測這是由于HRT減小，Bacillus菌屬生長受到抑制所致。

3、結(jié)論

①采用中試規(guī)模的Anammox-MBR，接種污水廠厭氧污泥，經(jīng)過135d的培養(yǎng)，系統(tǒng)成功啟動(dòng)，有效縮短了Anammox啟動(dòng)時(shí)間，并可提升顆粒污泥活性。

②在480d的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行過程中，通過階梯式提高進(jìn)水底物濃度和縮短HRT，提升反應(yīng)器運(yùn)行負(fù)荷與脫氮性能，運(yùn)行結(jié)束時(shí)NRR最高可達(dá)1.36kg/（m3·d）。

③在MBR膜表面和顆粒污泥中均觀察到球狀AnAOB，膜表面污泥中“團(tuán)簇”狀球菌聚集度高，表面結(jié)構(gòu)緊密；而顆粒污泥表面形狀不規(guī)則，且將桿菌等其他細(xì)菌包裹其中。

④Anammox-MBR馴化過程中MBR膜表面污泥和顆粒污泥中AnAOB總豐度分別達(dá)到20.78%和22.79%，實(shí)現(xiàn)了同一體系不同生態(tài)位多種功能菌的高度富集。（來源：南京市給排水工程設(shè)計(jì)院有限公司，東南大學(xué)土木工程學(xué)院）