摘要
本论文聚焦于烘焙食品工业废水碳氮比高等问题，以放射状软性填料结合无纺布、毛圈状软性填料结合无纺布、单一无纺布为填料，分别应用于折叠曝气生物膜反应器中，设立三个反应器，处理此类高碳氮比废水。三个反应器在启动前期已成功挂膜，对污染物表现出良好的去除效果，在稳定运行阶段，所有反应器对COD和氨氮的去除效率都在98%以上，并且没有NO3--N和NO2--N积累，在进水7h内可以实现污染物的完全去除，即反应器可以负荷高浓度废水。使用放射状软性填料和毛圈状软性填料的反应器表现出更高的处理效率和稳定性，更有利于节约时间成本。 其次，对反应器中形成的生物膜和污泥进行表征分析，观察微生物形态结构，发现系统中多为球菌和杆菌。经16srDNA基因测序发现生物膜和污泥在门水平的优势菌为Proteobacteria，Bacteroidetes，Planctomycetes，Patescibacteria和Verrucomicrobia；在纲水平上的优势菌为Gammaproteobacteria、Bacteroidia、Alphaproteobacteria、Parcubacteria、Verrucomicrobia、Clostridia、Erysipelotrichia和Deltaproteobacteria。主要微生物与碳水化合物降解、硝化反硝化过程有密切联系，是污染物去除的关键因素。在三个反应器中，在生物膜和污泥中均检测到硝化细菌、厌氧氨氧化细菌、反硝化细菌，促使总氮能够有效去除。放射状填料的反应器富集的微生物以硝化细菌为主，并且厌氧氨氧化细菌比其他反应器丰富。 为了进一步研究污染物去除的作用机理，通过宏基因组注释分析，发现代谢功能是生物膜和污泥中微生物的主要功能，涉及蛋白质、碳水化合物、脂类等有机物的代谢，还有能量代谢、核苷酸代谢。根据KEGG数据库比对结果，检测出糖酵解、TCA循环、各种主要氨基酸代谢的功能基因，以此阐明碳水化合物和氨基酸的代谢途径。据CAZymes数据库结果显示，反应器的主要活性酶都关系着COD的去除，糖苷水解酶（Glycosidehydrolases,GHs）和糖基转移酶（Glycosyltransferases,GTs）是反应器中生物膜和污泥样品中的主要活性酶，两者都与COD降解相关，并且两种酶在污泥中的含量更高。另外，GT4和GT2是样品中主要的GTs活性酶，GH13、GH0、GH23和GH3是在样品中发现的GHs的主要酶，与木质素和糖类有机物的降解有关。同时生物膜和污泥还含有较多糖基结合模块（Carbohydrate-bindingmodules,CBM），CBM可以促进其他活性酶发挥作用。
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