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本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
全程自养脱氮(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite，CANON)与传统的硝化反硝化工艺相比，可减少85%的需氧量、100%的碳源和83%的污泥产量，具有广阔的应用前景。当前抗生素是新兴的持久性有机污染物，在环境中广泛分布外，抗生素残留对环境中各种微生物潜在的负面影响引起人们关注，也是影响自养脱氮系统功能微生物正常代谢的重要因子。废水处理系统(wastewater treatment plants, WTSs)中存在多种抗生素，其中以四环素(Tetracycline，TC)最为常见，被广泛的用于治疗疾病、促进家禽家畜生长以及预防渔场鱼类产生疾病，而抗生素抗性基因在环境中的扩散通过动物和人体粪便完成，导致微生物进化甚至危及生态健康。
本实验以人工配水为原水，将复合式折流板反应器(Hybrid Anaerobic Baffled Reactor， HABR)应用于自养脱氮工艺(CANON)，考察低浓度四环素对HABR-CANON自养脱氮系统中主要功能微生物脱氮效能的影响，并进一步考察不同四环素浓度条件下HABR-CANON系统中活性污泥的抗生素抗性和微生物群落变化，为进一步优化自养脱氮污水处理工艺提供理论基础，以期能够推动CANON工艺在处理生活污水中的应用。
本研究共包含两部分：
第一部分为HABR-CANON自养脱氮系统运行效果快速恢复及稳定运行阶段。本研究首次将联氨作为菌群调节剂应用于自养脱氮系统的菌群优化调控，探究联氨对HABR全程自养脱氮系统的影响，并分析了反应器稳定运行期间沿程氮素、微生物活性的变化规律以及群落丰度的演变。主要研究结果如下：
(1)采用低(1-4 mg/L)-高(10 mg/L)-低(0 mg/L)的联氨投加方式，可以有效抑制自养脱氮反应器内NOB的生长，保证自养脱氮系统的稳定运行。
(2)低浓度(1-4 mg/L)的N2H4，对AOB的活性未造成明显影响，轻度抑制了NOB的活性，有效促进AnAOB的生长从而提高脱氮性能。高浓度(10 mg/L)的N2H4对AOB和NOB产生明显的抑制作用。停止投加硫酸联氨后，AOB的活性快速恢复，同时AnAOB保持较高的活性，使CANON系统的脱氮效能迅速恢复，说明高浓度硫酸联氨(10 mg/L)对HABR全程自养脱氮工艺的短期抑制是可逆的，但对NOB的抑制不可逆。
(3)在脱氮性能恢复的稳定阶段，NH4+-N的浓度沿程下降，总去除率达到了96%，且在前两个格室中去除NH4+-N效果较好。综合考虑微生物的活性以及沿程氮素的变化规律发现，前三个单元格同时存在亚硝化反应和Anammox，在后三个单元格中主要进行Anammox反应。
第二部分为低浓度四环素(0-500μg/L)对HABR-CANON自养脱氮工艺运行效能及功能菌群影响研究，主要研究结论如下：
(1)200μg/L的TC对污染物去除率影响不大；TC用量高达500μg/L时，污泥中硝态氮的积累明显减少。simpson指数发现添加200μg/LTC的这一阶段细菌群落多样性比未添加四环素阶段丰富，而添加500μg/LTC时细菌群落多样性比第一阶段丰度降低。浓度为500μg/L的TC对微生物产生抑制，反应器内反硝化性能急剧下降，其中自养脱氮系统的功能菌CorddasBrcadai(属于AnAOB)、Nitrosomonas(属于AOB)的丰度大幅降低，Nitrospira(属于NOB)的丰度增大。在CANON系统中，功能微生物的丰度与系统的自养脱氮效能呈正相关。
(2)活性污泥中存在四环素残留，四环素的去除主要依赖活性污泥的吸附，吸附量随着反应器中四环素含量的增加而增加。
(3)加入TC后EPS荧光光谱的峰位略有变化，峰位蓝移到较短的波长，这种差异表明TC的加入使EPS中的组分发生了化学变化。此外，加入TC后提取的EPS荧光峰强度降低，说明TC可以使EPS荧光猝灭。
(4)tetX基因的相对丰度逐渐增高，利用可表达tetX的降解菌与具有共代谢作用的菌群将有助于提高四环素类抗生素的降解率，微生物通过泵出机制保护它们抵抗四环素的毒害。
全程自养脱氮(Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite，CANON)与传统的硝化反硝化工艺相比，可减少85%的需氧量、100%的碳源和83%的污泥产量，具有广阔的应用前景。当前抗生素是新兴的持久性有机污染物，在环境中广泛分布外，抗生素残留对环境中各种微生物潜在的负面影响引起人们关注，也是影响自养脱氮系统功能微生物正常代谢的重要因子。废水处理系统(wastewater treatment plants, WTSs)中存在多种抗生素，其中以四环素(Tetracycline，TC)最为常见，被广泛的用于治疗疾病、促进家禽家畜生长以及预防渔场鱼类产生疾病，而抗生素抗性基因在环境中的扩散通过动物和人体粪便完成，导致微生物进化甚至危及生态健康。
本实验以人工配水为原水，将复合式折流板反应器(Hybrid Anaerobic Baffled Reactor， HABR)应用于自养脱氮工艺(CANON)，考察低浓度四环素对HABR-CANON自养脱氮系统中主要功能微生物脱氮效能的影响，并进一步考察不同四环素浓度条件下HABR-CANON系统中活性污泥的抗生素抗性和微生物群落变化，为进一步优化自养脱氮污水处理工艺提供理论基础，以期能够推动CANON工艺在处理生活污水中的应用。
本研究共包含两部分：
第一部分为HABR-CANON自养脱氮系统运行效果快速恢复及稳定运行阶段。本研究首次将联氨作为菌群调节剂应用于自养脱氮系统的菌群优化调控，探究联氨对HABR全程自养脱氮系统的影响，并分析了反应器稳定运行期间沿程氮素、微生物活性的变化规律以及群落丰度的演变。主要研究结果如下：
(1)采用低(1-4 mg/L)-高(10 mg/L)-低(0 mg/L)的联氨投加方式，可以有效抑制自养脱氮反应器内NOB的生长，保证自养脱氮系统的稳定运行。
(2)低浓度(1-4 mg/L)的N2H4，对AOB的活性未造成明显影响，轻度抑制了NOB的活性，有效促进AnAOB的生长从而提高脱氮性能。高浓度(10 mg/L)的N2H4对AOB和NOB产生明显的抑制作用。停止投加硫酸联氨后，AOB的活性快速恢复，同时AnAOB保持较高的活性，使CANON系统的脱氮效能迅速恢复，说明高浓度硫酸联氨(10 mg/L)对HABR全程自养脱氮工艺的短期抑制是可逆的，但对NOB的抑制不可逆。
(3)在脱氮性能恢复的稳定阶段，NH4+-N的浓度沿程下降，总去除率达到了96%，且在前两个格室中去除NH4+-N效果较好。综合考虑微生物的活性以及沿程氮素的变化规律发现，前三个单元格同时存在亚硝化反应和Anammox，在后三个单元格中主要进行Anammox反应。
第二部分为低浓度四环素(0-500μg/L)对HABR-CANON自养脱氮工艺运行效能及功能菌群影响研究，主要研究结论如下：
(1)200μg/L的TC对污染物去除率影响不大；TC用量高达500μg/L时，污泥中硝态氮的积累明显减少。simpson指数发现添加200μg/LTC的这一阶段细菌群落多样性比未添加四环素阶段丰富，而添加500μg/LTC时细菌群落多样性比第一阶段丰度降低。浓度为500μg/L的TC对微生物产生抑制，反应器内反硝化性能急剧下降，其中自养脱氮系统的功能菌CorddasBrcadai(属于AnAOB)、Nitrosomonas(属于AOB)的丰度大幅降低，Nitrospira(属于NOB)的丰度增大。在CANON系统中，功能微生物的丰度与系统的自养脱氮效能呈正相关。
(2)活性污泥中存在四环素残留，四环素的去除主要依赖活性污泥的吸附，吸附量随着反应器中四环素含量的增加而增加。
(3)加入TC后EPS荧光光谱的峰位略有变化，峰位蓝移到较短的波长，这种差异表明TC的加入使EPS中的组分发生了化学变化。此外，加入TC后提取的EPS荧光峰强度降低，说明TC可以使EPS荧光猝灭。
(4)tetX基因的相对丰度逐渐增高，利用可表达tetX的降解菌与具有共代谢作用的菌群将有助于提高四环素类抗生素的降解率，微生物通过泵出机制保护它们抵抗四环素的毒害。