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碳源投加方式对短程反硝化性能的影响

中国给水排水 2022年第3期38卷 74-80页

作者：郭露汪晓军秦嘉富陈振国华南理工大学环境与能源学院广东广州510006 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广东广州510006 佛山市化尔铵生物科技有限公司广东佛山528300 华南理工大学化学与化工学院广东广州510665

短程反硝化是非常有前景的硝酸盐废水前处理方法,可为厌氧氨氧化提供必需的底物(NO_(2)^(-)-N),而不同碳源投加方式会影响短程反硝化的性能。在进水NO_(3)^(-)-N为100 mg/L、乙酸钠为碳源、碳氮比为2的条件下,探究了不同碳源投加方式(1... 详细信息

短程反硝化是非常有前景的硝酸盐废水前处理方法,可为厌氧氨氧化提供必需的底物(NO_(2)^(-)-N),而不同碳源投加方式会影响短程反硝化的性能。在进水NO_(3)^(-)-N为100 mg/L、乙酸钠为碳源、碳氮比为2的条件下,探究了不同碳源投加方式(1次投加、3次投加、6次投加)对短程反硝化氮素转化特性及反应速率的影响。结果表明,分次投加碳源可以在短时间内启动高效稳定的短程反硝化,且6次投加方式条件下短程反硝化性能最优。6次投加碳源(t=0/10/20/30/40/50 min)条件下短程反硝化出水NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N平均浓度分别为7.33、60.92 mg/L,NO_(3)^(-)-N至NO_(2)^(-)-N的平均转化率(NTR)为86.55%,NO_(3)^(-)-N比还原速率和NO_(2)^(-)-N比还原速率分别为26.79、4.14 mg/(g·h)。高通量测序结果显示,拟杆菌门和变形菌门是短程反硝化系统中的优势菌门。在研究过程中,短程反硝化功能菌属Thauera丰度逐渐增加,3种投加方式下其相对丰度分别为0、14.29%、17.11%,说明与短程反硝化相关的优势菌得到富集。

关键词：短程反硝化碳源投加方式亚硝酸盐积累微生物群落

碳源对短程反硝化-厌氧氨氧化工艺效能的影响

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中国给水排水 2023年第3期39卷 15-24页

作者：王超超张晓秾李佳佳蔡天宁张星星刘文如李祥吴鹏苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室江苏苏州215009 苏州科技大学江苏水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009

为探究大分子有机碳源对短程反硝化-厌氧氨氧化(PD/A)系统脱氮效能的影响,通过在厌氧氨氧化(Anammox)连续流反应器中投加葡萄糖和新型组合填料快速启动生物膜-活性污泥PD/A工艺,研究了不同碳源条件(单一碳源和混合碳源)和不同COD/NO_(3)... 详细信息

为探究大分子有机碳源对短程反硝化-厌氧氨氧化(PD/A)系统脱氮效能的影响,通过在厌氧氨氧化(Anammox)连续流反应器中投加葡萄糖和新型组合填料快速启动生物膜-活性污泥PD/A工艺,研究了不同碳源条件(单一碳源和混合碳源)和不同COD/NO_(3)^(-)-N下该工艺的脱氮性能。结果表明,以葡萄糖为唯一碳源,控制COD/NO_(3)^(-)-N为4.5,在第90天成功启动PD/A系统,TN去除率达到93.89%,出水TN为6.17 mg/L,此时Anammox过程对去除TN的贡献率高达95.83%,反硝化过程的贡献率仅为4.17%;而由于短程反硝化菌对淀粉和葡萄糖混合碳源的利用率下降,在混合碳源驱动下PD/A系统的TN去除率降至90.53%(COD/NO_(3)^(-)-N=5),出水TN为9.19 mg/L,且反硝化过程对去除TN的贡献率升至8.48%。微生物高通量测序结果表明,在两种碳源条件下,变形菌门均为绝对优势菌门,其相对丰度均大于50%;Candidatus_Brocadia和Thauera作为PD/A系统的优势菌属,在氮素协同去除方面发挥了重要作用,其在混合碳源条件下的相对丰度分别为2.97%和6.52%,略低于单一碳源条件下的3.41%和6.94%;厌氧水解酸化菌属的相对丰度较低是混合碳源利用率下降的主要原因。此外,提出了一种新型生物膜-活性污泥Anammox主流脱氮工程应用方案。

关键词：厌氧氨氧化短程反硝化碳源 COD/NO3--N 生物膜-活性污泥

不同聚集形态短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统脱氮性能与碳源利用特性

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环境工程 2023年第9期41卷 1-9页

作者：李聪杜睿彭永臻北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

考察了微生物以生物膜和颗粒污泥两种聚集方式主导的短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)系统启动与长期运行性能、功能菌活性变化与种群结构差异。通过批次试验研究了碳源类型和碳氮比(C/N)对不同聚集形态的PD/A污泥脱氮活性的影响。结果表... 详细信息

考察了微生物以生物膜和颗粒污泥两种聚集方式主导的短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)系统启动与长期运行性能、功能菌活性变化与种群结构差异。通过批次试验研究了碳源类型和碳氮比(C/N)对不同聚集形态的PD/A污泥脱氮活性的影响。结果表明,PD/A生物膜与颗粒系统均实现了氨氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)的同步高效稳定去除,其总氮(TN)去除率分别为90.6%和96.2%。碳源类型对PD过程实现亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)积累具有显著影响。当C/N为5.0时,生物膜系统比NO_(3)^(-)-N还原速率(μNO_(3))由大到小依次为乙酸钠、葡萄糖、乙醇和甲醇;在C/N为3.0时,生物膜系统比NH4+-N降解速率(μNH_(4))由大到小依次为葡萄糖、乙醇、乙酸钠和甲醇;在适宜C/N范围内,厌氧氨氧化活性随短程反硝化活性提升而提高;当乙酸钠为碳源时,颗粒污泥系统表现出较高的短程反硝化活性;但改变碳源后,颗粒污泥系统反硝化活性低于生物膜系统。因此,针对不同聚集形态活性污泥系统,选择适宜的碳源类型及C/N值对PD/A工艺稳定运行具有重要作用。

关键词：短程反硝化厌氧氨氧化生物膜颗粒污泥碳源类型

C/N对短程反硝化 NO_(2)^(-)-N积累特性影响及机理分析

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工业水处理 2022年第6期42卷 159-167页

作者：柳全龙范亚骏张淼崔亚净周杨扬州大学环境科学与工程学院江苏扬州225127 扬州工业职业技术学院江苏扬州225127 江苏省水利勘测设计研究院有限公司江苏扬州225000

采用间歇式批次实验,考察不同进水C/N(以COD/NO_(3)^(-)-N计,2.0、2.5、3.3、5.0)条件下短程反硝化过程NO_(2)^(-)-N的积累特性及影响机理。实验结果表明,以乙酸钠作为碳源,当C/N为2.0~2.5时,NO_(2)^(-)-N转化率(NTR)随C/N的升高而升高,... 详细信息

采用间歇式批次实验,考察不同进水C/N(以COD/NO_(3)^(-)-N计,2.0、2.5、3.3、5.0)条件下短程反硝化过程NO_(2)^(-)-N的积累特性及影响机理。实验结果表明,以乙酸钠作为碳源,当C/N为2.0~2.5时,NO_(2)^(-)-N转化率(NTR)随C/N的升高而升高,在C/N=2.5时,NTR达到最高值82.18%;C/N为3.3~5.0时,NTR随C/N的升高急剧下降,当C/N=5.0时,反应器内几乎没有NO_(2)^(-)-N的积累。此外,C/N=2.0~2.5与C/N=3.3~5.0工况下NO_(2)^(-)-N积累的机理是不同的,前者取决于高浓度NO_(3)^(-)-N对亚硝酸盐还原酶(NiR)的抑制,而后者主要依赖于不完全反硝化菌在污泥菌群结构中占优势。对接种污泥及4组反应器内的污泥样品进行高通量测序分析,结果表明Thauera、Flavobacterium、Saprospi⁃raceae是实现短程反硝化的主要功能菌属。

关键词：碳氮比短程反硝化 NO_(2)^(-)-N积累微生物特性

短程反硝化的启动及多参数优化下NO_(2)^(-)-N积累特性

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中国环境科学 2021年第3期41卷 1189-1198页

作者：毛佩玥付雪赵鑫磊邢嘉伟马娇陈永志兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省污水处理行业技术中心甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070

采用本实验室长期培养的厌氧(S-A)、好氧(S-O)和交替厌氧/好氧(S-A/O)活性污泥为种泥,分别启动短程反硝化SBR反应器R1、R2和R3,控制进水C/N比为3,缺氧搅拌时间为1h时,在第15d、7d和4d亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到75.34%、84.51%和86.23%... 详细信息

采用本实验室长期培养的厌氧(S-A)、好氧(S-O)和交替厌氧/好氧(S-A/O)活性污泥为种泥,分别启动短程反硝化SBR反应器R1、R2和R3,控制进水C/N比为3,缺氧搅拌时间为1h时,在第15d、7d和4d亚硝酸盐积累率(NAR)分别达到75.34%、84.51%和86.23%.选取C/N比、初始pH值、缺氧搅拌时间和初始NO_(3)^(-)-N浓度对NAR进行四因素三水平响应面实验,方差分析结果表明,以上因素对NAR均有显著影响(P<0.05),模型R 2为0.983.通过模型预测得最佳运行条件:C/N比为3.16,初始pH值为8.51,缺氧搅拌时间为1.27h,初始NO_(3)^(-)-N浓度为60mg/L的条件下,NAR高达91.32%.

关键词：短程反硝化亚硝酸盐积累率 C/N比反硝化特征参数响应曲面法

两种抗生素对短程反硝化系统的影响及其去除效能研究

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两种抗生素对短程反硝化系统的影响及其去除效能研究

作者：陈思宇广州大学

学位级别：硕士

厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,Anammox)脱氮工艺因高效节能而备受关注,但由于无法稳定获得其所需的底物亚硝酸盐及出水硝酸盐超标的问题,极大地阻碍了其实际的应用与发展。而短程反硝化(Partial Denitrification,PD)过程在... 详细信息

厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,Anammox)脱氮工艺因高效节能而备受关注,但由于无法稳定获得其所需的底物亚硝酸盐及出水硝酸盐超标的问题,极大地阻碍了其实际的应用与发展。而短程反硝化(Partial Denitrification,PD)过程在将硝酸盐还原的同时还能实现亚硝酸盐积累,能够有效解决厌氧氨氧化工艺所面临的问题,并且还具有有机碳源需求少、反应速率高、污泥产量低等优点,因此,对短程反硝化开展研究具有重要的科学和工程意义。另一方面,药品及个人护理品(PPCPs)作为一种新兴污染物,由于其对水生生物和人类健康的潜在危害而受到越来越多的关注。抗生素是PPCPs的一种重要组成成分,被普遍应用在医疗及畜牧养殖等行业中,由于其连续不断地输入环境中并且具有难降解的特性,导致在水环境和土壤中被广泛检出。水中存在的抗生素对PD工艺脱氮性能的影响以及抗生素在脱氮反应过程中能否被去除,是本研究关注的重点内容,因此本试验通过接种广州市沥滘污水厂二沉池污泥作为接种污泥实现PD的启动,通过在环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)和磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)两种抗生素投加下氮素、有机物、抗生素的去除情况及微生物群落结构的变化,研究了抗生素对PD脱氮性能影响和PD系统的微生物群落组成结构变化。探讨了PD在脱氮过程中对这两种抗生素的去除情况。研究结果如下:在硝酸盐30mg/L、C/N比为2.5条件下,历时60天成功启动PD-SBR反应器,亚硝酸盐氮积累率(Nitrite accumulation rate,NAR)维持在75%左右。在试验过程中,分别向两个PD反应器投加CIP与SMX两种不同类型的抗生素并不断提高投加抗生素的浓度(从50μg/L增加至1000μg/L)。通过监测PD系统在抗生素影响下的氮素、有机物和多糖蛋白含量变化,结合红外光谱和三维荧光光谱技术分析,抗生素对PD-SBR反应器运行效能影响结果显示:PD系统的NAR先下降后上升,同时EPS中的PN、PS含量上升,由此说明前期PD系统与亚硝酸盐氮积累相关的微生物活性受到抑制,后期微生物在抗生素环境下经历被筛选与适应过程,活性逐渐得到恢复。此外,在抗生素刺激下微生物通过分泌EPS保护细胞免受急性损伤,维持系统稳定性。在长期投加抗生素的过程,同时检测PD系统进出水抗生素的含量,研究了系统对抗生素的去除情况。单独投加CIP的反应器平均去除率从初期的9.83%上升至30.15%,单独投加SMX的反应器平均去除率基本维持在40%左右。为了进一步研究PD去除抗生素的途径与机理,检测PD吸附与降解抗生素的含量并计算其分别占已去除抗生素的百分比,结果表明:CIP的去除主要以污泥吸附为主生物降解为辅;SMX的去除主要以生物降解为主吸附为辅。根据高通量测序技术结果显示,CIP和SMX对PD系统中的微生物群落结构组成有明显的影响。在门水平上,微生物群落组成结构变化大致相同,但物种丰度占比有差异;而在属水平上,与NO-N积累相关的Thaure菌属在抗生素影响下丰度逐渐下降。

关键词：短程反硝化生活污水抗生素胞外聚合物微生物群落变化

短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺及其应用前景研究进展

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化工进展 2020年第5期39卷 1981-1991页

作者：张星星张钰王超超达方华徐乐中吴鹏苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室江苏苏州215009 江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009

短程反硝化以其碳源消耗量、废污泥产量、温室气体排量极低及无需曝气等优势,被认为是最具研究潜势的厌氧氨氧化底物供给技术,成为近年来研究热点。本文首先介绍了短程反硝化工艺原理;其次从污泥源、反应时间、碳源类型、碳源量及pH等5... 详细信息

短程反硝化以其碳源消耗量、废污泥产量、温室气体排量极低及无需曝气等优势,被认为是最具研究潜势的厌氧氨氧化底物供给技术,成为近年来研究热点。本文首先介绍了短程反硝化工艺原理;其次从污泥源、反应时间、碳源类型、碳源量及pH等5个方面总结了影响短程反硝化工艺启动因素;随后综述了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的重要研究进展,同时指出了耦合工艺实验研究与工程应用的不足,并提出了解决实验与工程应用缺陷的方案;最后展望了耦合工艺处理城市污水和工业硝酸盐废水的可行性及应用前景,认为全面分析工业硝酸盐废水化学组分与基于分子生物学水平的宏基因组学测序、元转录组学技术是未来耦合工艺同步处理城市污水和工业硝酸盐废水的研究重点。

关键词：厌氧氨氧化短程反硝化城市污水工业硝酸盐废水耦合工艺影响因素

厌氧氨氧化反应器的启动及短程反硝化耦合厌氧氨氧化实验研究

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厌氧氨氧化反应器的启动及短程反硝化耦合厌氧氨氧化实验研究

作者：秦彦荣兰州交通大学

学位级别：硕士

厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺具有高效低耗、节约碳源和污泥产量低等优点,被认为是替代传统硝化反硝化工艺最具前景的新型技术。然而ANAMMOX工艺在城市生活污水处理中尚未推广应用,主要瓶颈问题是常低温下厌氧氨氧化菌(An AOB)富集率低及亚... 详细信息

厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺具有高效低耗、节约碳源和污泥产量低等优点,被认为是替代传统硝化反硝化工艺最具前景的新型技术。然而ANAMMOX工艺在城市生活污水处理中尚未推广应用,主要瓶颈问题是常低温下厌氧氨氧化菌(An AOB)富集率低及亚硝(NO-N)基质难以稳定获取。此外,ANAMMOX工艺无法直接处理硝氮(NO-N)废水,进一步限制了该工艺的广泛应用。本文在常低温及低底物浓度条件下探索ANAMMOX工艺的启动及强化,并基于短程反硝化(Partial Denitrification,PD)作为ANAMMOX获取NO-N的新途径,构建了两段式PD-ANAMMOX新型技术,研究了PD的机理及特性,考察模拟废水到实际生活污水变化中PD-ANAMMOX的脱氮除碳性能,以推进ANAMMOX工艺工程化应用。主要研究成果如下:(1)探究低底物浓度下不同基质比对An AOB富集的影响。(1)接种闲置好氧污泥(MLVSS=6164mg·L、f值(MLVSS/MLSS)=0.44),控制温度和p H分别为25℃和7.2±0.2,投加0.16mmol/L Fe并逐渐缩短HRT,进水NH-N为25mg·L时,调控R1、R2、R3和R4基质比(NO-N/NH-N)分别为1.2、1.32、1.4和1.5,四个反应器均能成功启动,启动时长分别为162、150、120和134天。(2)ΔNO/ΔNH和ΔNO/ΔNH随基质比增大而增大,各反应器ΔNO/ΔNH分别稳定在1.17、1.32、1.43和1.53,ΔNO/ΔNH分别稳定在0.49、0.51、0.52和0.54。比厌氧氨氧化活性(SAA)分别稳定在0.056、0.065、0.091和0.098 g N/g VSS/d。(3)各反应器TN最大去除率分别为76.09%、79.24%、82.82%和82.63%,出水COD 12天下降量分别为383.21、404.09、458.54和450.35mg·L,基质比增大有利于提高TN去除率,加快启动初期COD消耗。MLVSS及f值于200天分别降至2948mg·L、0.34;2690mg·L、0.32;2644mg·L、0.32和2536mg·L、0.31,各系统以自养和厌氧反应为主造成生物量减少显著,f值较低。(2)ANAMMOX性能强化及微生物形态群落结构分析。(1)An AOB富集过程中污泥颜色依次经历黄褐色→黑色→棕黄色→红褐色变化,驯化后微生物形态单一,污泥表面呈多孔性矿物结构,伴有“火山口”状空洞,An AOB呈光滑球型、多“簇”状。(2)进水NH-N和NO-N浓度分别梯度增大至70mg·L和98mg·L,HRT由10h延长至12h时,有利于促进An AOB协同其他菌属脱氮,出水NH-N、NO-N和NO-N分别降至2.31、2.14和15.34mg·L。(3)PN(蛋白质)、PS(多糖)和PN/PS增量分别为26.70mg·L、0.37mg·L和4.19,EPS(胞外聚合物)中PN含量对污泥颗粒化作用相比PS更加显著,PN/PS增大使微生物的电负性和疏水性增强,污泥粒径由接种的1.0mm占74.14%。(4)Shannon和Sobs分别下降1.10和443,微生物多样性降低,ANAMMOX优势菌种逐渐富集,检测到An AOB属Candidatus Brocadia占比为3.04%,非严格限氧条件下易导致Nitrospira NOB属繁殖。进水COD为113.05mg·L,调控COD/NO-N=2.0时可强化系统脱氮除碳效果,出水NH-N、NO-N、NO-N和COD分别为0.09、0.25、1.04和32.73mg·L。(3)PD工艺性能研究。(1)接种闲置2个月PD系统污泥与好氧污泥(体积比为1:1),COD/NO-N为3.0,进水NO-N逐渐从15mg·L升至30mg·L可快速启动PD反应器,第20天亚硝积累率(NAR)稳定在80%以上。(2)以乙酸钠为碳源,COD/NO-N为3.0时,进水NO-N在15～40mg·L内,NO-N最大积累量、NO-N还原速率(r NO-N)、NO-N去除率(NRE)和NAR与其浓度呈正相关;在50～80mg·L内,随浓度增大污泥上浮、发黑直至无法沉降;进水NO-N为40mg·L时,NO-N最大积累量、r NO-N、NRE和NAR分别为37.14mg·L、14.25mg·(g·h)、94.39%和99.15%,PD效果最佳。(3)进水COD/NO-N对NO-N积累影响显著,当NO-N为40mg·L、COD/NO-N为2.7时,PD效果较好,出水NO-N、NO-N和COD浓度分别为35.64、3.15和30.30mg·L,利于节约碳源。(4)PD稳定阶段污泥性状良好,f值和SV分别为0.71和32%,菌种呈短杆状,表面规则光滑。(5)Shannon和Sobs分别下降1.344和

关键词：短程反硝化厌氧氨氧化生活污水硝氮废水微生物群落

典型全氟化合物对短程反硝化系统性能与微生物群落的影响研究

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典型全氟化合物对短程反硝化系统性能与微生物群落的影响研究

作者：宋楚琪广州大学

学位级别：硕士

全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是众多全氟化合物(PFCs)的代表性化合物,由于其具有低表面张力、高表面活性的特点,PFOS和PFOA得以广泛应用于工业生产和商业消费中,使得大量含有PFOS和PFOA的工业污废水进入城市污水处理厂。污水厂... 详细信息

全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是众多全氟化合物(PFCs)的代表性化合物,由于其具有低表面张力、高表面活性的特点,PFOS和PFOA得以广泛应用于工业生产和商业消费中,使得大量含有PFOS和PFOA的工业污废水进入城市污水处理厂。污水厂中传统的一级处理对PFOS和PFOA的去除几乎没有影响。甚至经过污水处理厂的二级微生物处理后,由于微生物降解了PFOS和PFOA的前体物,更是增加了污水中PFOS和PFOA的浓度。短程反硝化菌(PD)菌体活性不易受到温度、p H等环境因素的影响,因此能稳定生成NO-N,解决了厌氧氨氧化工艺(Anammox)受限于NO-N的持续供应问题,保障了Anammox工艺的可行性和稳定性。PD耦合Anammox工艺具有耗能量少、污泥产率低、温室气体排放少等优点,成为污水脱氮研究新方向。本研究以含全氟化合物(PFCs)的NO-N废水为研究对象,考察不同PFOS、PFOA浓度对短程反硝化系统性能与微生物群落演替的影响。主要试验结果如下:(1)在短期试验里,PD系统硝酸盐还原率(NRR)在各浓度下依然保持在较高水平。亚硝酸盐积累率(NAR)受到PFOS和PFOA的影响,出现下降的趋势但仍达80%以上。在高浓度条件下,亚硝酸盐产生速率(NPR)受到严重影响。投加最高浓度的PFOS和PFOA为100 mg/L时,系统的NPR与不投加PFCs时相比,最高NPR仅为不投加PFCs时的55.59%、50.18%。(2)在PFOS对PD系统的长期影响试验中,PFOS对短程反硝化污泥代谢活动没有明显抑制。污泥胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质的含量较稳稳定。通过高通量测序技术对各浓度PFOS影响后的污泥体系进行微生物群落结构分析,反硝化高NO-N积累菌属Thauera属在整个长期试验中均为优势菌属。具有反硝化作用的Denitratisoma属的占比则随着PFOS浓度的增加而增加。(3)在PFOA对短程反硝化系统的长期影响试验中,PFOA对PD系统的反硝化作用没有明显抑制。但是在PFOA的刺激下,微生物出现分泌过量EPS的情况,其多糖、蛋白质从试验开始时的15.95、43.36 mg/g VSS增加最高达35.03、96.83mg/g VSS。污泥浓度随着试验的进行从不投加PFOA时3339 mg/L的MLSS下降至试验结束时的1830mg/L。在整个长期试验中Thauera属仍为优势菌属。通过以上研究结果,表明PD系统在高浓度PFOS和PFOA存在条件下仍具有较高水平的NO-N积累率,为PD工艺处理实际PFCs污染废水提供理论数据支持。

关键词：短程反硝化全氟化合物胞外聚合物微生物群落