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随着畜禽养殖业规模化、集约化发展,满足人们对肉质品需求的同时,大量畜禽粪便的排放造成生态环境污染。特别地,我国生猪养殖场粪尿,除干粪施肥利用外,含丰富氮（N）、磷（P）元素的大量尿液,未得到有效处理,随地表径流流失,引发水体富营养化,伤害水生生物,乃至危及人类生命健康。然而,我国农村地区受经济制约,养猪场粪尿处理设施简单,经沼气池厌氧发酵后,消化液中氨氮浓度仍很高,未达到《畜禽养殖业污染物排放标准》要求,有待进一步生物脱氮。本文在对巢湖流域畜禽粪便污染现状与风险评估的基础上,以该流域附近某农村合作社生态养猪场消化液为处理对象,开展微颗粒载体的制备及其在自制序批式污泥反应器（SBR）中微生物富集、生物膜培养的应用试验,进而通过单因素试验和响应曲面法优化参数后,获得在废水处理中的短程硝化反硝化（PND）脱氮途径,在此途径下展开微颗粒载体生物膜处理猪场消化液的脱氮效能研究试验,同时进行生物膜处理猪场消化液后样本脱氮菌筛选、鉴定及微生物多样性、群落结构及环境因子关联分析,以探讨微颗粒载体生物膜处理猪场消化液的机理。主要结果如下:（1）以巢湖流域为例,探讨流域畜禽粪便污染现状及风险评估结果表明:近期巢湖流域畜禽粪便排放量高,肥西与肥东两县畜禽粪便量之和占整个流域畜禽粪便量的50%以上。该流域受畜禽粪便重度污染（Ⅳ）甚至极度污染（Ⅴ）。风险预测表明:2030年肥西县耕地受畜禽粪便中度污染,该流域平均水污染风险指数约18,将受到畜禽粪便中度污染（Ⅳ）,周边畜禽粪便污染流失成为巢湖水富营养化的重要原因之一。（2）微颗粒生物炭载体制备及其富集微生物、生物膜培养试验结果表明:利用农业废弃物稻壳、水稻秸秆原料,经清洗、干燥、炭化、酸洗、碱洗、改性、研磨、筛分过程,制备稻壳炭（RHB）、改性稻壳炭（MRHB）、水稻秸秆炭（RSB）、改性水稻秸秆炭（MRSB）,四种微颗粒载体。通过扫描电子显微镜（SEM）扫描、激光粒度仪测定、红外光谱仪（FTIR）与X射线衍射仪（XRD）表征,四种微颗粒载体呈多孔性,粒径约8.03-545.90μm,含羟基、芳香基及含氧基团,有非晶态结构衍射峰。将这四种载体置于自制SBR中富集微生物、培养生物膜试验,得到封闭反应模式下较敞开反应模式生物膜培养周期短;四种载体生物膜对化学需氧量（COD）去除率均达到85%以上,且RHB、MRHB比RSB、MRSB对氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）去除效率高;方差分析表明四种载体生物膜与活性污泥之间,在COD、NH4+-N、TN去除率方面,均有显著性差异（P<0.05）。四种载体培养生物膜期间,生物量呈增长趋势,生化性强;显微观测到生物炭四周固着丰富微生物,细菌数量多,胞外聚合物（EPS）含量丰富,且RHB、MRHB较RSB、MRSB的生物膜中过氧化氢酶（CAT）、脱氢酶（TTC）、蛋白酶活性高,说明以RHB、MRHB形成生物膜,对COD、NH4+-N、TN降解能力强。（3）单因素与响应曲面法参数优化探究微颗粒生物炭生物膜PND脱氮途径研究结果表明:当RHB、MRHB、内循环RHB（I-RHB）生物膜对COD、NH4+-N、TN去除率最高时的单因素条件为:进水COD和NH4+-N浓度分别为3500 mg·L-1、511.23 mg·L-1,C/N为5.87、曝气量为3 L·min-1、p H为7.50。响应曲面法试验,I-RHB生物膜的二次回归模型能很好地描述响应值NH4+-N、TN去除率（P<0.0001）;因素交互作用,影响MHRB、I-RHB生物膜的NH4+-N、TN去除率,各因素的影响程度大小顺序为:C/N>曝气量>p H;参数最优结果为:C/N=7.59,曝气量=2.9 L·min-1,p H=7.10,验证结果表明MRHB、I-RHB生物膜对COD、NH4+-N、TN去除效能较好,且亚硝酸盐积累率高,成功实现PND途径。（4）SBR微颗粒生物炭生物膜利用PND途径对猪场消化液脱氮效能研究结果表明:当进水猪场消化液C/N、COD、NH4+-N、TN平均值分别为7.77、2609.07mg·L-1、337.05 mg·L-1、344.17 mg·L-1时,RHB、MRHB生物膜对COD平均去除率分别为82.46%、86.85%,比活性污泥（AS）的分别高8.00%、12.39%;RHB、MRHB生物膜对NH4+-N与TN平均去除率分别为58.96%与57.74%、88.13%与75.74%,分别比AS的高8.99%与8.00%、38.16%与25.99%;I-RHB生物膜对COD、NH4+-N与TN平均去除率分别为85.30%、81.30%与65.17%,比内循环AS（I-AS）的分别高3.48%、24.37%与14.72%。（5）微颗粒生物炭生物膜处理猪场消化液后样本脱氮菌筛选与鉴定研究结果表明:3次富集培养、3次初筛分离、4次复筛纯化,获得具异养硝化-好氧反硝化性能脱氮菌,16S r DNA鉴定结果疑似为嗜油不动杆菌（Acinetobacter oleivorans）。用该菌降解NH4+-N、TN浓度分别为312.89 mg·L-1、405 mg·L-1的猪场消化液,去除率分别达到69.86%、75.07%,比未加菌的高13.56%、16.09%。利用Illumina Nova Seq高通量测序结果表明:COD、NH4+-N、溶解氧（DO）及p H均是驱动生物膜群落结构变化的主要因子;变形菌门（Protebacteria）为优势菌门,丰度高;发现亚硝酸盐单胞菌（Nitrosomonas）、亚硝酸盐螺菌（Nitrosospira）,属AOB菌,未出现NOB菌;存在异养硝化好养反硝化特性的不动杆菌（Acinetobacter）、丛毛单胞菌（Comamonas）、假单胞菌（Pseudomonas）、节杆菌（Arthrobacter）、芽孢杆菌（Bacillus）、黄杆菌（Flavobacterium）、棒状杆菌（Corynebacterium）。