近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化和人民生活水平的不斷提高，餐廚垃圾產(chǎn)生量逐步增加。厭氧發(fā)酵由于能耗低、占地少、資源可回收等優(yōu)點(diǎn)成為餐廚垃圾的主流處理工藝，但會(huì)產(chǎn)生大量成分復(fù)雜且含有高濃度氨氮、SS、有機(jī)物和鹽分的餐廚沼液，餐廚沼液的有效處理處置對(duì)于餐廚垃圾無(wú)害化和資源化具有重大意義。目前國(guó)內(nèi)對(duì)餐廚沼液的處理大部分采用“預(yù)處理+兩級(jí)A/O生化處理+深度處理”工藝。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，兩級(jí)A/O生化處理工藝通常需要投加大量碳源，并且曝氣能耗較高、占地面積較大、運(yùn)行成本較高。因此有必要開(kāi)發(fā)新型高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的餐廚沼液處理工藝。
短程硝化-厭氧氨氧化（PN/A）被認(rèn)為是目前最高效的生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)的硝化-反硝化生物脫氮工藝相比，PN/A工藝具有曝氣能耗低、無(wú)需外加碳源、污泥產(chǎn)率低等優(yōu)勢(shì)，目前已被用于垃圾滲濾液、污泥消化液等高氨氮、低C/N廢水的處理。但餐廚沼液具有較高的COD濃度，直接進(jìn)入PN/A系統(tǒng)容易引起異養(yǎng)菌的過(guò)度繁殖，與厭氧氨氧化菌（AnAOB）競(jìng)爭(zhēng)NO2--N。因此，采用PN/A工藝處理餐廚沼液之前，需采用合適的前處理手段降低沼液的COD濃度。常見(jiàn)的降碳前處理手段包括混凝沉淀化學(xué)強(qiáng)化、厭氧消化（AD）和A/O生物處理等。其中，混凝沉淀工藝會(huì)引入新的化學(xué)物質(zhì)，可能會(huì)抑制AnAOB活性，并且該工藝對(duì)有機(jī)物的去除能力有限；AD工藝雖然技術(shù)較為成熟，運(yùn)行成本較低，但是反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且需設(shè)置沼氣收集和處理系統(tǒng)，操作管理復(fù)雜；A/O工藝在實(shí)際工程中應(yīng)用較為普遍，且流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，是去除COD的有效途徑。鑒于此，筆者以一體式PN/A池為核心脫氮單元，在其前端設(shè)置缺氧/反應(yīng)沉淀一體式矩形氣升環(huán)流反應(yīng)池（A/RPIR）作為除碳單元，并在其后端設(shè)置RPIR池作為深度處理單元，構(gòu)建A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝中試裝置，用于處理深圳市某環(huán)境園的餐廚沼液，研究該組合工藝對(duì)餐廚沼液的脫氮除碳性能，并探討各單元的運(yùn)行特性和對(duì)目標(biāo)污染物的去除過(guò)程及機(jī)制，以期為餐廚沼液的處理提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的技術(shù)路徑。
1、材料與方法
1.1 工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)
如圖1所示，中試采用的反應(yīng)器為一體化撬裝式設(shè)備（V=53.7m3），包括A/RPIR池（V=24.3m3）、PN/A池（V=22.5m3）和RPIR池（V=6.9m3）3個(gè)反應(yīng)單元。其中，A/RPIR池通過(guò)中間隔墻分為缺氧區(qū)（8.1m3）和好氧區(qū)（16.2m3），設(shè)有內(nèi)回流裝置，實(shí)現(xiàn)好氧區(qū)到缺氧區(qū)的混合液回流，回流比在200%~400%之間；PN/A池的溶解氧（DO）濃度控制在0.5mg/L以下，pH控制在7.0~8.5，不控制水溫，實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度為25~35℃；RPIR池的DO濃度控制在2~5mg/L。各反應(yīng)單元底部均設(shè)有曝氣系統(tǒng)，上部均設(shè)有RPIR模塊。各反應(yīng)單元的混合液通過(guò)曝氣氣升作用進(jìn)入RPIR模塊，在其內(nèi)部發(fā)生沉淀分離，污泥回流至池體內(nèi)，上清液出水進(jìn)入下一反應(yīng)單元。該組合工藝設(shè)計(jì)處理水量為10m3/d，無(wú)需設(shè)置沉淀池，減少占地面積的同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥齡的單獨(dú)控制。以10m3/d的設(shè)計(jì)處理水量計(jì)算，A/RPIR池、PN/A池和RPIR池的水力停留時(shí)間（HRT）分別為2.4、2.2和0.7d。
組合工藝中試系統(tǒng)處理餐廚沼液的過(guò)程如下：沼液首先進(jìn)入A/RPIR池發(fā)生硝化與反硝化反應(yīng)，以去除有機(jī)物及少量TN；A/RPIR池出水進(jìn)入PN/A池進(jìn)行厭氧氨氧化（Anammox）脫氮，實(shí)現(xiàn)NH4+-N和TN的大幅去除；最后PN/A池出水進(jìn)入RPIR池，進(jìn)一步降低出水NH4+-N和COD濃度。
1.2 試驗(yàn)用水和接種污泥
中試裝置位于深圳市某環(huán)境園，收集的餐廚垃圾經(jīng)分離去渣、破碎制漿、三相離心后進(jìn)入到CSTR反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化，厭氧消化之后的混合物通過(guò)板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，分離后的液體為高氨氮、高有機(jī)物的餐廚沼液。本研究以此餐廚沼液為試驗(yàn)用水，具體水質(zhì)如下：COD為2214~8577mg/L、NH4+-N為1017~1579mg/L、TN為1046~1748mg/L、SS為340~1480mg/L、pH為7.25~7.87。
A/RPIR池和RPIR池的接種污泥均取自深圳市某污水處理廠生化池污泥，接種后A/RPIR池缺氧區(qū)和好氧區(qū)的污泥濃度分別為5540、9000mg/L，RPIR池的污泥濃度為4420mg/L。PN/A池的接種污泥取自實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的厭氧氨氧化顆粒污泥和污水處理廠的生化池污泥，接種后顆粒污泥濃度為1072mg/L，絮狀污泥濃度為2208mg/L，總污泥濃度為3280mg/L。
1.3 運(yùn)行方式
A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝中試系統(tǒng)共運(yùn)行86d，分為3個(gè)階段，各個(gè)階段的運(yùn)行參數(shù)如表1所示（NLR為總氮負(fù)荷）。階段Ⅰ為低負(fù)荷運(yùn)行階段，系統(tǒng)啟動(dòng)初期PN/A池的厭氧氨氧化活性較低，因此將該階段A/RPIR池的一部分出水排入PN/A池，另一部分出水進(jìn)入RPIR池，以緩解PN/A池的運(yùn)行負(fù)荷壓力，并通過(guò)間歇曝氣方式精準(zhǔn)控制PN/A池DO濃度，促進(jìn)該階段PN/A池內(nèi)AnAOB活性的逐步提升；階段Ⅱ?yàn)樨?fù)荷提升階段，在該階段將PN/A池的曝氣方式改為連續(xù)曝氣，使得PN/A池的DO濃度能夠?qū)?yīng)負(fù)荷增加的正向相關(guān)關(guān)系，保證AnAOB活性逐漸提高；階段Ⅲ為滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行階段，該階段的處理水量穩(wěn)定在10m3/d以上，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
1.4 分析項(xiàng)目及檢測(cè)方法
各水質(zhì)指標(biāo)均采用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。TN采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定；NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；NO2−-N采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法測(cè)定；NO3−-N采用紫外分光光度法測(cè)定；COD采用重鉻酸鹽法測(cè)定；SS采用稱(chēng)重法測(cè)定；pH和DO分別采用pH計(jì)和溶解氧測(cè)定儀測(cè)定。
氮平衡計(jì)算：參照Zhang等采用的化學(xué)計(jì)量方程反應(yīng)式對(duì)PN/A單元進(jìn)出水氮素指標(biāo)進(jìn)行氮平衡計(jì)算，以確定PN/A單元的氮素轉(zhuǎn)化質(zhì)量和脫氮途徑。脫氮系統(tǒng)的氮素轉(zhuǎn)化主要考慮氮的氨氧化、亞硝酸鹽氧化、反硝化和厭氧氨氧化。
微生物測(cè)定：利用DNA試劑盒提取污泥樣品的DNA，并選用16SrDNAV3-V4區(qū)域的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物通過(guò)IlluminaMiSeq平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序，測(cè)序結(jié)果在美吉生物云平臺(tái)進(jìn)行分析。
2、結(jié)果與討論
2.1 組合工藝的脫氮除碳效果
2.1.1 氮素去除效果
A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝對(duì)氮素的去除效果如圖2所示。系統(tǒng)運(yùn)行第3天，PN/A池出水TN和NH4+-N濃度分別為358和346mg/L，RPIR池出水TN和NH4+-N濃度分別為291和223mg/L，遠(yuǎn)超過(guò)中試項(xiàng)目設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求，這是由于啟動(dòng)初期PN/A池的AnAOB活性不足，系統(tǒng)脫氮能力有限。因此，為快速降低PN/A池的NH4+-N和TN濃度，在第4~17天將A/RPIR池的一部分出水超越至RPIR池，降低PN/A池進(jìn)水氮負(fù)荷，并配合間歇曝氣方式精準(zhǔn)控制DO濃度，以促進(jìn)AnAOB活性的提升，在此期間PN/A池出水NH4+-N和TN濃度逐步降至45和115mg/L，系統(tǒng)的厭氧氨氧化脫氮能力逐漸提高，總氮去除負(fù)荷（NRR）從0.04kg/（m3·d）提高至0.08kg/（m3·d）。運(yùn)行至第19天，A/RPIR池出水全部進(jìn)入PN/A池，PN/A池采用連續(xù)曝氣方式，PN/A池出水NH4+-N濃度能夠降至100mg/L以下，組合工藝中試系統(tǒng)的NH4+-N和TN去除率分別可達(dá)到91.15%和83.54%，NRR可達(dá)到0.10kg/（m3·d），可見(jiàn)此時(shí)系統(tǒng)已適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了初步啟動(dòng)，因此在后續(xù)階段系統(tǒng)保持全進(jìn)全出的進(jìn)水方式，正常運(yùn)行并逐步提高進(jìn)水NLR，探究逐步提高到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行條件下組合工藝中試系統(tǒng)的脫氮性能及穩(wěn)定性。
在階段Ⅱ，總氮負(fù)荷逐漸提升，組合工藝中試系統(tǒng)出水NH4+-N濃度穩(wěn)定在45mg/L以下，出水TN濃度維持在40~150mg/L之間，NH4+-N和TN平均去除率分別為98.43%和92.57%，NRR由0.10kg/（m3·d）逐步提升至0.21kg/（m3·d），說(shuō)明在負(fù)荷逐漸增加的條件下，系統(tǒng)仍能夠保持良好的脫氮效果，工藝穩(wěn)定運(yùn)行，具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。在階段Ⅲ，系統(tǒng)處理水量保持在10m3/d以上，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，NH4+-N和TN平均去除率分別為97.10%和87.39%，最高分別可達(dá)98.96%和88.09%，NRR由0.21kg/（m3·d）逐步提升至0.31kg/（m3·d），說(shuō)明此階段系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定高效的脫氮效果。湯萌萌等采用預(yù)處理-兩級(jí)硝化反硝化-臭氧氧化工藝處理餐廚廢水，總HRT約為7d，進(jìn)水NH4+-N濃度均值約為1250mg/L，NH4+-N去除率可達(dá)到98.87%，NRR約為0.18kg/（m3·d）；朱霞等采用UASB-A2/O-MBR組合工藝處理餐廚廢水，進(jìn)水TN濃度在180~430mg/L，TN去除率達(dá)到70%以上，NRR約為0.05kg/（m3·d）。總體而言，組合工藝中試系統(tǒng)在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)餐廚沼液中NH4+-N和TN的高效穩(wěn)定去除，達(dá)到較好的氮素污染物去除效果，而且相比傳統(tǒng)“預(yù)處理-兩級(jí)AO或A2/O-深度處理”工藝，其脫氮效率更高、占地面積小，同時(shí)無(wú)需外加碳源、節(jié)省曝氣能耗，為餐廚沼液的處理提供了一種高效、低成本的新途徑。
另外，從圖2（a）和（b）可以明顯看出，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，PN/A池出水NH4+-N和TN濃度相較于A/RPIR池出水大幅下降，RPIR池出水NH4+-N和TN濃度相較于PN/A池出水略微下降。在階段Ⅲ，餐廚沼液的NH4+-N和TN平均濃度分別為1477和1626mg/L，A/RPIR池、PN/A池和RPIR池3個(gè)反應(yīng)單元對(duì)NH4+-N的去除量分別為171、1217和46mg/L，對(duì)TN的去除量分別為206、1197、18mg/L，由此得出3個(gè)反應(yīng)單元對(duì)NH4+-N的去除貢獻(xiàn)率分別為11.92%、84.87%和3.21%，對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)率分別為14.50%、84.24%和1.26%，表明在組合工藝中試系統(tǒng)中PN/A池起到主要的生物脫氮作用，通過(guò)厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮實(shí)現(xiàn)NH4+-N和TN的大量去除，A/RPIR池和RPIR池分別通過(guò)硝化-反硝化和硝化作用去除少量NH4+-N和TN。
2.1.2 COD去除效果
A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝對(duì)COD的去除效果如圖3所示。可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度存在較大波動(dòng)，但系統(tǒng)出水COD能夠穩(wěn)定在較低水平，在階段Ⅱ和階段Ⅲ穩(wěn)定運(yùn)行后期，出水COD濃度維持在500mg/L左右，階段Ⅱ和階段Ⅲ對(duì)COD的平均去除率分別達(dá)到83.58%和82.36%。王瀟采用AnMBR+PN-ANAMMOX組合工藝處理餐廚廢水，COD去除率能夠穩(wěn)定在60%~70%；李恒英采用前置厭氧UASB-短程硝化-厭氧氨氧化組合工藝處理餐廚垃圾發(fā)酵廢水，COD去除率平均值為82%。相比國(guó)內(nèi)類(lèi)似研究，本研究組合工藝中試系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果能夠達(dá)到較高水平，同時(shí)具有良好的抗進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷波動(dòng)性能。
另外，值得注意的是，A/RPIR池、PN/A池和RPIR池3個(gè)反應(yīng)單元出水COD濃度相差不大（在階段Ⅲ出水COD均值分別為982、731、577mg/L），表明餐廚沼液中大部分可生化有機(jī)物已通過(guò)A/RPIR池的反硝化作用去除。在階段Ⅲ，A/RPIR池、PN/A池和RPIR池對(duì)COD的去除量分別為2620、251、154mg/L，對(duì)COD的去除貢獻(xiàn)率分別為86.61%、8.30%和5.09%，表明A/RPIR池起到主要的COD去除作用，A/RPIR池能夠充分利用并降解餐廚沼液中的可生化COD，避免進(jìn)水COD對(duì)后續(xù)PN/A池的厭氧氨氧化脫氮性能產(chǎn)生不良影響。
2.2 A/RPIR單元的除碳特性
圖4為A/RPIR單元進(jìn)出水C/N和COD去除率的變化。可以看出，盡管A/RPIR單元進(jìn)水C/N波動(dòng)較大（在1.56~8.19范圍內(nèi)變化），進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定，但A/RPIR單元出水始終能夠保持較穩(wěn)定的C/N（基本維持在0~1范圍內(nèi)）；在階段Ⅲ穩(wěn)定運(yùn)行期間，A/RPIR單元出水C/N平均值為0.62，同時(shí)A/RPIR單元能夠一直保持較高的COD去除率，COD平均去除率可達(dá)69.93%。Chamchoi等研究表明，當(dāng)進(jìn)水C/N超過(guò)2時(shí)，有機(jī)質(zhì)的過(guò)度干預(yù)使異養(yǎng)菌在基質(zhì)和生存空間的競(jìng)爭(zhēng)中相對(duì)于自養(yǎng)菌具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，從而抑制PN/A反應(yīng)過(guò)程中AOB和AnAOB的活性；Ni等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水C/N在0~1之間時(shí)，AnAOB能夠保持較高活性，有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能影響不大。綜上可知，組合工藝中試系統(tǒng)的A/RPIR單元具有較強(qiáng)的耐有機(jī)負(fù)荷沖擊能力和水質(zhì)適應(yīng)能力，能夠在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的除碳性能，出水C/N保持在0~1的低水平，為后續(xù)PN/A單元?jiǎng)?chuàng)造了良好的進(jìn)水條件，避免過(guò)多有機(jī)物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)干擾，保障PN/A單元厭氧氨氧化脫氮過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。
2.3 PN/A單元的脫氮機(jī)理
2.3.1 PN/A單元的氮素去除過(guò)程
圖5為PN/A單元進(jìn)出水氮素濃度和NRR的變化。在階段Ⅰ，PN/A單元進(jìn)水NLR平均值僅為0.16kg/（m3·d），出水NH4+-N濃度由346mg/L逐漸降至88mg/L，NRR由0.06kg/（m3·d）逐漸提升至0.25kg/（m3·d），表明PN/A單元能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng)。在階段Ⅱ提升進(jìn)水氮負(fù)荷，PN/A單元進(jìn)水NLR平均值為0.39kg/（m3·d），出水NH4+-N、NO2--N和NO3--N濃度基本保持穩(wěn)定，在66~70d出水NH4+-N和NO2--N濃度分別穩(wěn)定低于45和10mg/L，NRR提升至0.38kg/（m3·d），說(shuō)明PN/A單元逐步呈現(xiàn)出較高的脫氮性能，AOB和AnAOB達(dá)到良好的協(xié)同脫氮作用，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)的穩(wěn)定控制。在階段Ⅲ，處理水量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，PN/A單元進(jìn)水NLR平均值達(dá)到0.63kg/（m3·d），由于進(jìn)水NH4+-N濃度較高，出水NH4+-N濃度相比階段Ⅱ有所增加，但出水氮素濃度仍保持穩(wěn)定，NRR顯著提升至0.57kg/（m3·d）。葛聰?shù)炔捎梦⒀跗貧?/span>-一段式厭氧氨氧化-反硝化組合工藝處理餐廚沼液，穩(wěn)定運(yùn)行后厭氧氨氧化單元的NRR為0.48kg/（m3·d）。趙航等采用陶瓷膜-微氧曝氣-MABR（PN/A）處理餐廚沼液，在最佳運(yùn)行條件下NRR為0.30kg/（m3·d）。綜上可知，本研究組合工藝的PN/A單元啟動(dòng)周期短、脫氮效果穩(wěn)定高效，在進(jìn)水氮負(fù)荷較高條件下仍能呈現(xiàn)優(yōu)異的脫氮性能。
為了進(jìn)一步明確PN/A單元的氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定后階段Ⅲ的進(jìn)出水氮素指標(biāo)進(jìn)行氮平衡計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。可知，PN/A單元進(jìn)水中大約有82.12%的TN通過(guò)Anammox和反硝化作用轉(zhuǎn)化為N2，有3.27%的TN以有機(jī)氮形式貯存在AOB、NOB、AnAOB和反硝化菌（DNB）等微生物體內(nèi)，剩余14.61%的TN殘留在出水中。PN/A單元生物脫氮過(guò)程中Anammox脫氮貢獻(xiàn)率為97.26%，反硝化脫氮貢獻(xiàn)率為2.74%，這進(jìn)一步說(shuō)明在PN/A單元中，厭氧氨氧化過(guò)程處于優(yōu)勢(shì)狀態(tài)，而反硝化過(guò)程處于輔助狀態(tài)，這也充分說(shuō)明了此PN/A單元和組合工藝的穩(wěn)定性和優(yōu)越性，保證厭氧氨氧化過(guò)程可以充分發(fā)揮高效的脫氮性能，實(shí)現(xiàn)TN的穩(wěn)定去除。
2.3.2 PN/A單元的微生物群落結(jié)構(gòu)
PN/A單元在不同階段的門(mén)水平微生物群落組成及相對(duì)豐度變化如圖7（a）所示。可知，在不同階段PN/A單元的主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)均為Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidota和Planctomycetota，四者的相對(duì)豐度之和在各個(gè)階段均超過(guò)70%。
Proteobacteria是污水處理系統(tǒng)中的常見(jiàn)菌門(mén)，包含多種AOB、NOB和DNB。Bacteroidota大部分為厭氧桿菌，可以存在于缺氧和低氧條件下，參與反硝化降解有機(jī)物過(guò)程。Planctomycetota是目前已知AnAOB所屬的唯一菌門(mén)。Chloroflexi是一類(lèi)多細(xì)胞絲狀細(xì)菌，其絲狀結(jié)構(gòu)能在絮體污泥中起到骨架作用，絲狀菌相互纏繞形成顆粒核心，有利于顆粒污泥的形成，并且Chloroflexi可分解死亡的AnAOB，因此Chloroflexi在厭氧氨氧化體系中發(fā)揮著重要作用。階段Ⅰ至階段Ⅲ，Proteobacteria和Bacteroidota的相對(duì)豐度逐漸下降，分別由30.51%和22.38%降至18.67%和16.07%，而Chloroflexi和Planctomycetota的相對(duì)豐度逐漸上升，分別由17.33%和10.73%升至23.41%和20.32%，Chloroflexi和Planctomycetota在階段Ⅲ成為相對(duì)豐度最高和次高的菌門(mén)，說(shuō)明隨著反應(yīng)的進(jìn)行，厭氧氨氧化自養(yǎng)菌群正在逐漸生長(zhǎng)富集。
PN/A單元在不同階段的屬水平功能菌群相對(duì)豐度變化如圖7（b）所示。可知，PN/A單元存在Candidatus_Brocadia和Candidatus_Kuenenia兩種AnAOB屬，在階段Ⅰ兩種AnAOB屬的相對(duì)豐度分別為5.66%和0.52%，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，AnAOB屬的相對(duì)豐度逐漸提高，在階段Ⅱ升至6.84%和1.29%，在階段Ⅲ進(jìn)一步升至10.14%和2.45%，表明AnAOB在PN/A單元得到有效富集，培養(yǎng)的AnAOB能很好地適應(yīng)水質(zhì)環(huán)境，在體系中維持較高豐度，因此PN/A單元在階段Ⅱ和階段Ⅲ表現(xiàn)出優(yōu)越的脫氮效果和穩(wěn)定性。Nitrosomonas是目前唯一已知的自養(yǎng)AOB屬，從階段Ⅰ至階段Ⅲ其相對(duì)豐度呈上升趨勢(shì)，由0.66%升至2.23%。Nitrospira和Nitrolancea是本研究PN/A單元中檢測(cè)出的兩種NOB屬，從階段Ⅰ至階段ⅢNOB屬的豐度有所下降，Nitrolancea和Nitrospira相對(duì)豐度之和由0.59%降至0.49%。以上結(jié)果說(shuō)明，反應(yīng)過(guò)程中AOB活性逐漸增強(qiáng)，NOB活性被抑制，這是由于本研究在組合工藝運(yùn)行期間通過(guò)采用低DO濃度（0.02~0.50mg/L）、間歇曝氣及弱堿性pH等多種手段結(jié)合的方式有效降低NOB活性，使得AOB處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，最終控制PN/A單元短程硝化不穩(wěn)定的現(xiàn)象，保障厭氧氨氧化脫氮反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。DNB是反應(yīng)器內(nèi)常見(jiàn)的菌屬，本研究PN/A單元中檢測(cè)到Denitratisoma、unclassified_f__Comamonadaceae、Thauera、Comamonas四種主要的DNB，從階段Ⅰ至階段Ⅲ四種DNB的總相對(duì)豐度顯著下降，由15.20%降至4.04%，印證了Proteobacteria和Bacteroidota菌門(mén)相對(duì)豐度的變化趨勢(shì)，證實(shí)DNB在PN/A單元中處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，餐廚沼液經(jīng)過(guò)A/RPIR單元處理后，有機(jī)物被大量去除，進(jìn)入PN/A單元的沼液C/N得到有效控制，使得異養(yǎng)DNB未能實(shí)現(xiàn)富集，為AnAOB的富集和發(fā)揮脫氮性能提供了優(yōu)質(zhì)的環(huán)境，PN/A單元最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)TN的穩(wěn)定高效去除。另外，在PN/A單元中還檢測(cè)出一些豐度相對(duì)較高的其他異養(yǎng)菌群（OHB），主要包括unclassified_f__A4b、unclassified_o__SBR1031和Limnobacter。其中，unclassified_f__A4b、unclassified_o__SBR1031均屬于Chloroflexi菌門(mén)，在階段Ⅱ和Ⅲ相對(duì)豐度有所提高，促進(jìn)厭氧氨氧化顆粒污泥的形成；Limnobacter屬于異養(yǎng)菌，研究表明Limnobacter能夠與AnAOB共生并可緩解有機(jī)物對(duì)AnAOB的影響，因此Limnobacter的存在一定程度上能夠強(qiáng)化厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
綜上所述，PN/A單元經(jīng)過(guò)86d的運(yùn)行，AnAOB和AOB等脫氮功能菌得以富集，NOB和DNB的活性受到抑制，這從微觀層面上解釋了2.3.1節(jié)中從階段Ⅰ至階段ⅢPN/A單元的脫氮效率逐漸強(qiáng)化并維持穩(wěn)定的原因，同時(shí)也印證了2.2節(jié)的結(jié)論，前端A/RPIR單元能夠有效降低進(jìn)水有機(jī)物對(duì)PN/A單元的影響，避免反硝化異養(yǎng)菌和AnAOB菌群競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，保障厭氧氨氧化脫氮反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定脫氮。
3、結(jié)論
①采用A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝處理餐廚沼液可實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的脫氮除碳效果，NH4+-N、TN和COD平均去除率分別可以達(dá)到97.10%、87.39%和82.36%，系統(tǒng)和PN/A單元的NRR最高分別可達(dá)0.31和0.57kg/（m3·d），相比傳統(tǒng)“預(yù)處理-兩級(jí)AO或A2/O-深度處理”工藝，該組合工藝具有高效、節(jié)能且低成本的優(yōu)勢(shì)。
②在A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝中試系統(tǒng)中，A/RPIR單元對(duì)COD的平均去除率可達(dá)69.93%，在組合工藝中占據(jù)86.61%的貢獻(xiàn)度；另外，在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下，A/RPIR單元出水C/N始終保持在0~1的較低范圍，為后續(xù)PN/A單元?jiǎng)?chuàng)造了良好的進(jìn)水條件，避免過(guò)多有機(jī)物進(jìn)入PN/A單元而導(dǎo)致菌群競(jìng)爭(zhēng)，保障了厭氧氨氧化脫氮反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行。
③在A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝中試系統(tǒng)中，PN/A單元對(duì)脫氮的貢獻(xiàn)率達(dá)到了84.24%；微生物高通量測(cè)序結(jié)果顯示，在PN/A單元中AnAOB和AOB的相對(duì)豐度分別由階段Ⅰ的6.18%和0.66%升至階段Ⅲ的12.59%和2.23%，NOB和DNB的相對(duì)豐度分別由階段Ⅰ的0.59%和15.20%降至階段Ⅲ的0.49%和4.04%，說(shuō)明A/RPIR-PN/A-RPIR組合工藝可以有效解決PN/A反應(yīng)過(guò)程中功能菌群間競(jìng)爭(zhēng)和短程硝化不穩(wěn)定的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的除碳脫氮性能。（來(lái)源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)<深圳>生態(tài)環(huán)境學(xué)院，清研環(huán)境科技股份有限公司）
