不同水力停留时间和进水硝酸盐浓度下香蕉杆为碳源的固相反硝化性能研究

固相反硝化去除水产养殖尾水中硝酸盐氮(NO33–-N)具有广阔的应用前景,水力停留时间(hydraulic retention time, HRT)和进水硝酸盐浓度(influent nitrate concentration, INC)是影响反硝化系统反硝化性能的主要因素之一,需要对HRT进行优化,掌握其最大NO3–-N处理能力。本研究首次以香蕉杆为反硝化反应器的外加碳源,在流场环境下,测定不同HRT和INC下反硝化系统对NO3–-N、亚硝酸盐氮(NO2–-N)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)的去除效果。并采用基于Illumina Miseq测序平台的高通量测序技术,对反硝化系统运行初期及末期的细菌群落进行16S rDNA V3和V4区测序分析。结果显示,香蕉杆反应器的最佳HRT为20 h,对应NO3–-N去除率为(96.71±1.36)%,且无NO2–-N积累。在最佳HRT的基础上,反应器的出水硝酸盐浓度(effluent nitrate concentration, ENC)和硝酸盐去除速率(nitrate removal rate, NRR)均随INC的增加而显著增加(P<0.05),出水COD随INC的增加而降低。此外,反应器在整个实验期间能完全去除NH4+-N。高通量测序结果显示,经过长期运行后,反应器内的优势菌门包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、弯曲杆菌门(Campilobacterota)和厚壁菌门(Firmicutes),它们的相对丰度分别增至31.20%、6.67%、3.08%和4.26%,保证了反应器的高效运行。此外,在属水平上,反应器初期和末期的优势菌存在明显差异。本研究为农业废弃物作为养殖尾水反硝化碳源的工艺优化提供了理论参考。