高效脱氮新突破：单级部分亚硝化/厌氧氨氧化颗粒污泥工艺处理难降解热水解消化液的微生物机制与系统韧性

本文针对热水解预处理（THP）强化厌氧消化后产生的难处理消化液（TAF），构建了500 m3中试规模单级部分亚硝化/厌氧氨氧化颗粒污泥（PN/AnGS）系统。通过优化曝气策略缓解腐殖质对氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）的抑制，实现0.61 kg N/m3/d的脱氮速率；揭示高pH（>9.0）冲击可导致系统恢复期长达90天，但颗粒污泥结构稳定性与功能菌群协同性（如AnAOB与Chloroflexi的共生）保障了系统韧性，为高氨氮难降解废水处理提供新思路。

　　

章节亮点

废水特性

本研究所用TAF取自某市政污水处理厂污泥处理线（详见补充材料）。TAF中主要污染物年均浓度为：化学需氧量（COD）4199 ± 709 mg/L、总氮（TN）2734 ± 353 mg/L、氨氮（NH₄⁺-N）2421 ± 367 mg/L、碱度4615 ± 503 mg/L。

反应器运行

在市政污水处理厂建立500 m³中试规模单级部分亚硝化/厌氧氨氧化颗粒污泥（PN/AnGS）系统（详见补充材料）。

滤液对中试系统性能的不利影响

初步实验室研究表明，当TAF进水比例超过40%时，会严重抑制单级PN/AnGS工艺的脱氮性能（详见补充材料）。基于此，中试系统运行分为五个阶段，以验证结果并探究微生物对进水水质变化的响应。

结论

本研究证明，逐步提高TAF比例结合曝气优化可有效恢复PN/AnGS性能并富集氮代谢相关基因。高pH（pH > 9.0）冲击显著损害PN/AnGS性能，恢复需超过90天。水质波动增强了微生物网络的复杂性，反映了种间合作与竞争的加强。厌氧氨氧化菌（AnAOB）与Chloroflexi的稳定共生关系是系统韧性和性能恢复的基础。