近年来，我国不断加强生态文明建设，但氮磷超量排放造成的水体富营养化问题仍然是当前环境治理重要关注点之一。传统在线亚洲精品自拍,精品乱码一区二区三四区视频仍面临高效脱氮除磷和二者同步达标排放等难题。一般的生物脱氮除磷工艺存在脱氮与除磷竞争有限碳源、污泥产量大等问题，致使脱氮除磷效果不佳。因此，在不过多增加剩余污泥产量、不大量添加外碳源前提下，实现低碳氮比城镇污水的高效脱氮除磷是水处理领域值得研究的问题。
AOA工艺是一种创新的污泥双回流技术，在厌氧区将进水COD转化为污泥内碳源并储存在微生物细胞内，在好氧区通过硝化反应产生NO3--N，继而在缺氧区利用这些内碳源和NO3--N进行反硝化和反硝化除磷，从而达到同步脱氮除磷、减少外加碳源投量的目的。目前，AOA系统受到广泛关注，王秋颖等人通过在厌氧-缺氧-微曝气SBR反应器中调控C/N成功启动了短程反硝化-反硝化除磷（PD-DPR）系统。古凌艳等人在低温下启动了AOA系统，并且发现不需外加碳源就可取得令人满意的脱氮除磷效果。曲红等人研究了不同C/P条件下AOA-SBR工艺的脱氮除磷特性。但有关连续流AOA系统处理城市污水，实现稳定亚硝态氮积累并和厌氧氨氧化工艺耦合用于深度脱氮的研究鲜见报道，且AOA系统的优化调控与碳氮磷去除转化性能仍有待于进一步的深入研究。
因此，通过调控进水COD浓度、进水流量和曝气量等，考察了连续流AOA系统的启动与氮磷去除特性。另外，通过分析微生物群落结构，探讨了系统的脱氮除磷机理，以期为该AOA系统自养脱氮耦合Aanmmox工艺进行污水深度脱氮提供数据支撑和理论依据。
1、材料与方法
1.1 实验装置与运行工况
连续流AOA装置由三个圆柱形反应器组成（见图1），材质为有机玻璃，内径为140mm，壁高为388mm，总容积为6L，有效容积为5.5L。实验在室温下进行，厌氧、好氧和缺氧反应器中均设有电动搅拌器，并设置了污泥回流和由厌氧到缺氧的混合液超越，回流比和超越均为进水流量的1/2，共运行70d。在此期间每天排泥0~50mL，使污泥龄（SRT）控制在37d，以确保MLSS维持在（3000±50）mg/L。
在连续流AOA的启动和运行过程中，根据进水基质浓度和运行条件将实验分为三个阶段，具体运行参数见表1。
1.2 实验用水和接种污泥
装置进水采用人工配水，CH3COONa、NH4Cl、MgSO4·7H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·2H2O、KH2PO4和KCl投量分别为200~300、190.8、45、80、21、21.72和144mg/L，微量元素Ⅰ和Ⅱ投量均为1mL/L。
接种污泥取自青岛市某在线亚洲精品自拍,精品乱码一区二区三四区视频具有一定硝化反硝化性能的二沉池剩余污泥，接种后厌氧、好氧和缺氧反应器内MLSS分别为3886、3775、3769mg/L，SVI分别为123、116、107mL/g。
1.3 分析项目及方法
所有样品经0.45μm的滤纸过滤后，检测NH4+-N、NO2--N、NO3--N和PO43--P浓度，其中COD采用联华5B-3A快速分析仪测定，其他指标采用国家标准方法进行测定。污泥沉降比（SV30）、污泥体积指数（SVI）和MLSS采用美国APHA标准方法测定。pH采用pH计测定，DO采用溶氧仪测定。
1.4 高通量测序分析方法
通过高通量测序分析接种污泥和连续流AOA系统运行至第66天的污泥样品的微生物群落结构。采用E.Z.N.A.®SoilDNAKit（OmegaBiotek，Norcross，GA，美国）提取微生物群落总DNA，采用NanoDrop2000紫外-可见分光光度计测定DNA浓度和纯度。另外，采用338F/806R引物扩增细菌16SrRNA基因V3-V4区，扩增子纯化依托上海美吉云生物平台PE300进行处理，并在Majorbio云平台上对原始16SrRNA基因测序进行分析。
2、结果与讨论
2.1 系统的NH4+-N去除特性
连续流AOA系统启动运行过程中，反应器进出水NH4+-N浓度变化如图2所示。
系统进水NH4+-N浓度为42.94~45.32mg/L。在阶段1，系统对NH4+-N的去除量在第4天达到最高（18.74mg/L），去除率为45.01%，说明系统具有一定的硝化性能。在厌氧反应器中其浓度几乎未发生变化，系统对NH4+-N的去除主要发生在好氧反应器，且氨氮氧化产物主要为硝态氮，极少部分为亚硝态氮。NH4+-N的平均去除率仅为23.04%。
在阶段2，将进水COD浓度由300mg/L降到200mg/L，厌氧反应器中的氨氮浓度依然没有发生变化，好氧区的NH4+-N平均消耗浓度由第一阶段的12.31mg/L提高至14.11mg/L，硝化效果仍然不理想，氨氮去除率甚至在第38天降到20.76%。分析原因可能是在好氧条件下优先发生了有机物分解和好氧吸磷作用，而进水流量过大，导致HRT不足，硝化反应进行得不够充分，故去除效果不佳。
在阶段3，进水流量由2L/h降至1.5L/h，曝气流量由1L/min降为0.8L/min，系统出水NH4+-N平均浓度由阶段2的25.82mg/L减少至14.01mg/L，最高去除率可达88.94%。好氧反应器浓度逐渐降为零，亚硝态氮基本也为零，说明系统发生了全程硝化反应且硝化效果良好。
2.2 系统的PO43--P去除特性
连续流AOA系统启动运行过程中，反应器进水PO43--P浓度维持在5.00mg/L左右，出水PO43--P浓度及其去除率的变化如图3所示。在阶段1，系统整体的PO43--P去除效果较差，厌氧、好氧、缺氧反应器和系统出水的PO43--P平均浓度分别为6.34、0.33、6.45和5.23mg/L。厌氧反应器出水PO43--P浓度与进水PO43--P浓度相比有所提高，说明连续流AOA系统在前期就具有微弱的释磷能力。好氧反应器出水PO43--P所剩无几，说明系统存在一定的吸磷能力。厌氧释磷和好氧吸磷量分别仅为1.28mg/L和6.02mg/L。缺氧反应器中的PO43--P来源于好氧反应器出水和厌氧超越的混合液，但是其浓度和缺氧反应器基本保持一致，这表明，在此阶段缺氧段对PO43--P没有去除能力。
在阶段2，系统进水COD浓度由300mg/L降低至200mg/L，可以发现，在进水PO43--P浓度约为5.09mg/L的情况下，厌氧段PO43--P浓度逐渐升高（最高为16.25mg/L），最后稳定维持在12.20mg/L，好氧段的PO43--P浓度约为2.57mg/L。相比较阶段1，系统的除磷性能增强，释磷和吸磷量都有所提高。此时，缺氧段和出水PO43--P浓度分别为4.25和3.07mg/L，与缺氧理论值（5.78mg/L）相比有所减少，剖析原因可能是系统发生了反硝化除磷反应，降低了PO43--P浓度，只不过反硝化除磷效果一般，使得去除率仅为39.47%。
在阶段3，进水流量由2L/h降为1.5L/h，曝气量由原来的1L/min降为0.8L/min。厌氧段PO43--P浓度显著增加，最高可达39.37mg/L，可见通过减少进水流量，使污泥在厌氧段的停留时间增加，有利于聚磷菌充分释磷。系统除磷效果有了明显提升，释磷量和吸磷量分别约为23.49和20.70mg/L，说明该阶段的运行条件有利于增强聚磷菌除磷特性。此外，缺氧段的PO43--P浓度约为6.62mg/L，与其理论值（15.20mg/L）相比减少较多。说明在此区域发生了反硝化除磷反应，且相比阶段2而言，除磷效果有所增强，但是没有达到完全反硝化除磷的状态，使得出水PO43--P浓度仍有5.67mg/L。
2.3 系统的COD去除特性
在连续流AOA系统启动运行过程中，反应器进出水COD浓度及其去除率的变化见图4。
在阶段1，系统进水COD平均浓度为242.88mg/L，出水COD浓度在144.91mg/L左右，去除效果较差（去除率最低为29.32%）。厌氧、好氧和缺氧出水COD平均浓度分别为194.94、140.90、146.08mg/L。可见，COD的去除主要发生在厌氧和好氧段，两者对COD的去除量分别约为15.28和54.04mg/L。在厌氧段，COD浓度降低可能是厌氧菌的分解作用，也可能是因为异养反硝化菌（DOHOs）进行外源反硝化。在好氧段COD浓度降低的原因是好氧微生物的分解作用。COD去除效果差的原因可能是在运行初期进水COD浓度过高，超出了系统的有机物去除负荷。
在阶段2，基于以上分析原因，降低了进水COD浓度，观察到出水COD浓度由81.30mg/L逐渐降低到37.60mg/L，去除率由54.22%逐渐提高至76.65%。其中厌氧段对COD的平均去除量仅为16.91mg/L，而好氧段的平均去除量却达到了58.15mg/L。因为在该阶段发生了释磷现象，推测COD在厌氧段的去除可能与聚磷菌（PAOs）和聚糖菌（GAOs）进行厌氧释磷并将外碳源转化为内碳源有关，但是对COD起主要去除作用的仍然是好氧分解。在该阶段降低COD浓度达到了提高去除率的目的，COD在厌氧阶段大部分被PAOs和GAOs转化成内碳源，为后续缺氧段的内源短程反硝化提供了条件。
在阶段3，考虑到厌氧段的COD去除率低下可能与HRT不足有关，因此降低了进水流量。随着系统运行时间的增加，厌氧段对COD的降解量快速增加，并在第66天达到85.27mg/L的最高值，在后续运行时间内能够稳定维持在此范围，最高去除率也提升到了81.00%。好氧阶段对COD的平均去除量仅有17.12mg/L，COD的主要去除区间已经由好氧段转换到厌氧段。基于此阶段良好的释磷表现，可以判断系统内的外碳源一部分被转化为了内碳源。缺氧段的COD平均浓度为59.38mg/L，与平均理论值（62.34mg/L）接近，这表明COD在前两个阶段去除得很彻底，在该段没有发生外源反硝化反应。
2.4 系统的TIN去除特性
在连续流AOA系统启动运行过程中，反应器进出水TIN浓度的变化如图5所示。在整个运行期间，进水TIN平均浓度维持在47.50mg/L左右，出水TIN平均浓度维持在30.52mg/L，TIN平均去除率为35.75%，最高去除率可达60.93%。在厌氧段TIN浓度降低一是因为进水的稀释作用，同时回流到厌氧区的硝态氮会被还原成氮气从系统逸出，从而出现TIN浓度降低的现象。
在好氧段TIN浓度几乎未发生变化，但是各阶段的组成大不相同。阶段1是NH4+-N占比大，NO2--N和NO3--N浓度较低，硝化效果不明显。而在阶段2和阶段3则是NO3--N占比大，NH4+-N和NO2--N浓度较低，说明在此阶段发生了全程硝化，且硝化效果较好。
缺氧段的TIN浓度和成分与出水类似，在阶段1，TIN中NH4+-N占比最高，几乎接近100%，来源为好氧出水和厌氧超越混合液。在阶段2，由于系统硝化效果有所提升，好氧段NH4+-N有一部分被氧化为NO2--N和NO3--N，进而推流至缺氧段的NO2--N和NO3--N也随之增多，但NH4+-N浓度仍是最高。在阶段3，TIN平均浓度为31.03mg/L，但是与前两个阶段不同，此时缺氧区已具备一定的内源反硝化能力，来自好氧段的NO3--N在某种程度上有所减少，NH4+-N和NO3--N平均浓度分别为12.12和10.27mg/L，基本持平。
2.5 典型周期水质指标变化特性
为进一步分析连续流AOA系统运行过程中NO2--N积累特性和TIN去除机制，对阶段1第27天、阶段2第42天和阶段3第70天三个典型周期内各基质浓度进行分析，结果见图6。
在第27天，厌氧段PO43--P浓度呈现微弱的升高趋势，NO3--N浓度降低了3.40mg/L，COD去除量约为54mg/L，说明有反硝化和微弱的释磷现象发生。在好氧段NH4+-N浓度降低8.07mg/L，PO43--P浓度降低5.92mg/L，NO3--N浓度增加5.00mg/L，NO2--N浓度基本无变化，这表明系统内有硝化反应和好氧吸磷发生，但硝化效果不好，推测可能是进水COD浓度过高（进入好氧段的COD理论值仍有146.80mg/L），这可能导致异养微生物与硝化菌争夺溶解氧和营养物质，影响硝化效果。而且系统内无NO2--N积累，没有形成短程硝化，需要对运行条件做出调整。在缺氧段NO3--N浓度有所降低，说明系统存在反硝化过程，使得系统后置缺氧段具有内源脱氮性能。
与第27天相比，在第42天，厌氧段PO43--P浓度显著增加（增幅为7.77mg/L），说明此时厌氧段已经有较为良好的释磷现象。但NO3--N浓度仅降低了2.12mg/L，COD去除量为13.00mg/L，COD去除率较低，猜测可能与较短的HRT有关，微生物无法充分降解有机物。在好氧段COD、NH4+-N和PO43--P浓度分别降低79.80、13.28、9.72mg/L，而NO3--N和NO2--N浓度分别增加10.00、2.72mg/L。这表明改变条件之后有利于好氧吸磷的发生，发生了短程硝化但是表现不明显。在缺氧段NO2--N、PO43--P和COD浓度基本没有发生变化，而NO3--N浓度降低了7.56mg/L，几乎全部被去除。说明系统发生了全程反硝化而不是短程反硝化，几乎未发生反硝化除磷现象。
与第42天相比，在第70天，厌氧段的PO43--P浓度急速增加，增加量为26.14mg/L，NO3--N浓度降低了9.38mg/L，COD去除量约为72.23mg/L，这表明在厌氧段不仅有DOHOs进行外源反硝化的情况出现，同时PAOs和GAOs也进行厌氧释磷并实现了外碳源到内碳源的转化，以确保后面缺氧段反硝化除磷的顺利进行。在好氧段NH4+-N和PO43--P浓度分别降低了32.72、22.89mg/L，NO3--N浓度增加33.53mg/L，NO2--N浓度和COD浓度变化不大。这表明降低进水流量以后，系统发生了完全硝化反应，好氧吸磷量也明显升高，意味着系统初步启动成功。在缺氧段NO3--N浓度降低了12.94mg/L，NO2--N浓度增加了8.37mg/L，PO43--P浓度降低了8.47mg/L，说明系统发生了反硝化除磷和短程反硝化，NO2--N积累率可达66.80%。出水NH4+-N、PO43--P、NO2--N、NO3--N和COD浓度分别为11.24、7.27、8.55、9.25和42.2mg/L。与第27天相比，通过改变运行条件，系统出现了良好的厌氧释磷和好氧吸磷现象，在好氧段已有稳定的完全硝化性能，在缺氧段出现了反硝化除磷和短程反硝化现象，但后续研究中仍需对反应条件进行调控和探索，以期实现更加稳定高效的短程反硝化性能。
2.6 系统的功能微生物群落结构特性
对启动阶段初期及运行至第66天的污泥（AS-1和AS-66）的微生物群落进行高通量测序分析，共获得60129和37287个序列标签，并进一步分配给798和689个OTUs，其微生物多样性指标见表2。Ace和Chao指数代表微生物群落丰富度，在运行过程中两个指标值呈下降趋势，表明微生物群落的丰富度在降低，这可能是回流不通畅所致。此外，Simpson指数升高而Shannon指数下降，也证明系统的多样性在降低。
AS-1和AS-66样品在微生物门、属水平上的差异如图7所示。两个样品的前三个优势门均为变形菌门（Proteobacteria，24.24%和28.15%）、放线菌门（Actinobacteriota，20.65%和29.71%）和厚壁菌门（Firmicutes，24.04%和12.09%）。其中，变形菌门和放线菌门相对丰度显著增加，分别与Candidatus_Competibacter、Hyphomicrobium和Tetrasphaera、Candidatus_Microthrix菌属丰度变化密切相关。厚壁菌门（Firmicutes）丰度显著减少，与Trichococcus菌属的丰度减少有关。
在AS-1样品中相对丰度大于4%的菌属主要包括Trichococcus（16.33%）、norank_f_norank_o_Saccharimonadales（5.35%）、unclassified_f_Roseiflexaceae（4.38%）和Candidatus_Microthrix（4.04%）。经过65d的运行之后，在AS-66样品中占主导地位的属发生了变化。其中，水解发酵菌Trichococcus的相对丰度（7.95%）下降，而聚磷菌（PAOs）Candidatus_Microthrix的相对丰度（15.36%）上升。此外，反硝化菌属norank_f_norank_o_Saccharimonadales的相对丰度（5.43%）趋于平稳状态，Terrimonas相对丰度（1.83%）有所增加。相对丰度大于5%的属新增Tetrasphaera（3.18%→5.41%）和Hyphomicrobium（2.51%→5.28%），这两者都是聚磷菌，说明PAOs得到快速富集。此外，聚糖菌（GAOs）Candidatus_Competibacter相对丰度从0.96%增加至1.20%。PAOs和GAOs的富集为AOA工艺厌氧内碳源储存、好氧吸磷及缺氧内源短程反硝化和除磷提供了有力保障。
3、结论
①调控进水COD浓度、进水流量和曝气量，有利于强化连续流AOA系统的硝化特性和磷去除性能。
②采用连续流AOA系统处理模拟城市污水时，厌氧区实现外碳源向内碳源的转化，并将一部分NH4+-N超越至缺氧区；好氧区完成完全硝化；缺氧区能够利用NO3--N实现短程反硝化和除磷，NO2--N积累率可达66.80%。
③连续流AOA系统对氨氮和COD的去除率分别由23.04%、29.32%提高至88.94%、81.00%，厌氧释磷和好氧吸磷量分别由1.28和6.02mg/L提高至23.49和20.70mg/L。
④高通量测序结果表明，系统运行70d以后，聚糖菌（Candidatus_Competibacter）和聚磷菌（Candidatus_Microthrix、Hyphomicrobium、Tetrasphaera）的丰度显著增加，促使系统呈现出稳定的厌氧释磷、好氧吸磷、缺氧内源短程反硝化和除磷效能。（来源：青岛双元水务有限公司，青岛大学环境与地理科学学院，青岛水务集团环境能源有限公司）
