来自工业生产和日常生活所排放的含氮废水,其中所含的污染物不仅会破坏水环境生态平衡,甚至危害人类健康。一般说来,可以通过硝化-反硝化和厌氧氨氧化(Anammox)等生物脱氮工艺脱除含氮废水中的氮素,然而,传统的硝化-反硝化生物脱氮工艺因其在运行过程中需要曝气和外加碳源,而Anammox的功能微生物增殖缓慢且对环境条件敏感,使两者在工业化实践应用中均受到不同程度的限制。异化铁还原耦合厌氧氨氧化(Feammox)是在一种存在于自然环境中并在地球氮循环中发挥重要作用的代谢机制,该过程的功能微生物存在广泛,适应能力强且无需曝气和投加外源物质,是一种区别于传统硝化-反硝化和Anammox的具有巨大潜力和优势的脱氮途径。本研究选择稀释后的污泥消化液作为处理对象,向厌氧反应器中投加水铁矿,驱动反应器内发生Feammox,同时利用同位素标记法证实该过程,考察驱动Feammox后在反应器内通过该途径厌氧脱氮的效果,并探究腐殖质的投加对其所产生的影响以及影响机理,为Feammox的应用提供实践和理论应用。主要研究结果如下:(1)配置培养基:MgCl₂·6H₂O(0.4 g/L),Ca Cl₂·H₂O(0.1 g/L),¹⁵NH₄Cl(0.1 g/L)和KH₂PO₄(0.6 g/L),1 m L/L维生素溶液,1 m L/L微量元素溶液,30 mmol/L碳酸氢盐缓冲液和2 mmol/L乙酸盐,使用该培养基与接种污泥混合厌氧培养,设置对照组(不加水铁矿)和实验组(投加水铁矿)。30天后,使用配有质谱分析仪的气相色谱仪在实验组的反应器顶空气体中检测到³⁰N₂大量生成,证实投加Fe(III)后在厌氧反应器内成功驱动了Feammox反应。(2)使用稀释后NH₄⁺-N浓度约为100 mg/L的污泥消化液作为处理对象,设置对照组(不加水铁矿)和水铁矿组(投加水铁矿)。48天厌氧培养后,水铁矿组的NH₄⁺-N去除率为72.4%,比对照组提高了64.8%,总氮去除率提高了50%以上,同时在反应器内检测到中间产物NO₂^-和NO₃^-;水铁矿组内有大量Fe(II)溶出,且Fe(II)的溶出与NH₄⁺-N的浓度下降在时间上同步;微生物群落分析和实时定量PCR分析(q PCR)结果表明,投加水铁矿的反应器内富集了Geobacter等铁还原菌及Feammox功能微生物Acidimicrobiaceae A6菌。(3)使用稀释后NH₄⁺-N浓度约为100 mg/L的污泥消化液作为处理对象,反应器内投加水铁矿后,设置Fe组反应器(不加腐殖质)和Fe-HA组反应器(投加腐殖质)。48天厌氧培养后,投加Fe-HA组反应器内NH₄⁺-N去除率为88.3%,提高了15.9%,总氮去除率提高了16.2%;Fe-HA组反应器内Fe(II)的溶出速率为38.3 mg/L/d,铁还原率为89.4%,分别提高61.6%和43.2个百分点。提取反应器内不同形态的铁氧化物的同时使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)以及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征方法对反应器内不同铁氧化物的占比以及形态和晶型进行分析,发现Fe组反应器内生成了更多稳定且微生物难利用的铁氧化物;微生物群落分析结果表明,Fe-HA组反应器内微生物群落更丰富,Geobacter、Desulfuromonas、Desulfovibrio、Desulfomicrobium等铁还原菌被进一步大量富集。