摘要
厌氧氨氧化（Anammox）作为新型污水脱氮技术被广泛研究，在限氧条件下无需外加碳源，以亚硝酸氮为电子受体，将氨氮氧化生成氮气。极大地节省了工艺的能耗和处理成本，但由于Anammox细菌的生长繁殖速率过慢导致启动耗时长，仍难以实现工业化应用。通过实验探讨磁场对于微生物的作用是否可以强化厌氧氨氧化反应器启动及运行，考察不同磁场产生方式之间的差异，为高效、节约型废水处理技术提供理论和技术依据。 将Fe3O4纳米粒子与水性聚氨酯（WPU）和热塑性树脂（FRTP）进行充分混合得到WPU/2 wt%Fe3O4、WPU/10 wt%Fe3O4和FRTP/10 wt%Fe3O4复合材料，密度分别为1.027 g/cm3、1.092 g/cm3和1.263 g/cm3，均可长时间储存在中性水溶液中，在FTIR和XRD检测中出现Fe3O4纳米粒子的特征振动峰，SEM图显示FRTP/10 wt%Fe3O4表面较为光滑，在TG-DSC检测中WPU/10 wt%Fe3O4和热稳定性能优良，失重率为36.6%，三种复合材料的矫顽力和剩磁基本为0，WPU/10 wt%Fe3O4磁饱和度达到23.7 emu/g，在静态力学检测中FRTP/10 wt%Fe3O4的拉伸强度和杨氏模量最高分别为23.4 Mpa和203.4 Mpa。在磁性能研究中，在充磁6 min达到磁感应强度峰值，三种复合材料分别在80 g达到0.89 mT、60 g达到3.53 mT和40 g达到2.76 mT，WPU/10 wt%Fe3O4在磁场衰退检测中程度最为缓慢。 采用有效容积2 L的CSTR反应器，对照组AR1、内加磁性复合材料AR2、外加磁场AR3和电磁耦合磁性复合材料AR4四组反应器分别运行89天、89天、110天、46天，Anammox污泥均成功启动并稳定运行，AR2反应器在3.53 mT作用下强化效果最优氨氮和亚硝氮去除率分别达到88%和92%，AR3反应器在55 mT作用下强化效果明显氨氮和亚硝氮去除率分别为85%和91%，AR4反应器采用10 A间歇式电磁对磁性复合材料充磁， AR1、AR2和AR3氮去除容积负荷分别达到10.51 kg-N/(m3·d)、14.80 kg-N/(m3·d)、12.50 kg-N/(m3·d)，AR4反应器为15.85 kg-N/(m3·d)，比AR2反应器提高6.6%，三组施加磁场反应器强化作用下脱氮去除效果均优于无磁场对照组，四组反应器排序为AR4＞AR2＞AR3＞AR1。四组反应器运行过程中Anammox污泥均由黑色絮状污泥培养成红色颗粒污泥，AR1、AR2、AR3反应器污泥浓度从4 300 mg/L培养到8 160 mg/L、9 340 mg/L、8 440 mg/L，AR4接种AR2污泥培养后污泥浓度最高达到10 340 mg/L， EPS检测中PN/PS比值在运行末期均大于5。 接种污泥以及AR1~AR4反应器运行末期污泥采用高通量测序技术对微生物群落组成进行分析，接种污泥主要优势种群变形菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、厚壁菌门为主，在施加磁场强化作用下，变形菌门相对丰度最高但与接种污泥相比发生降低， Denitratisoma在菌属水平中丰度最高，浮霉菌门在磁场强化作用下相对丰度发生提高明显， Phycisphaerales和Candidatus Kuenenia在菌属水平中发挥主要作用， Candidatus Kuenenia作为主要厌氧氨氧化菌从接种污泥的4.82%到AR1的8.65%，三组磁强化丰度均超过10.70%。
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