稀土资源在全球科技和工业领域具有重要战略意义。而稀土开采尤其是离子型稀土矿的开采,常产生大量低COD/N的氨氮废水。为此研发高效稳定的稀土矿山周边废水处理工艺技术意义重大。本研究以模拟稀土矿山离子型废水为对象,采用间歇曝气/调控p H启动短程硝化反硝化,并逐步降低COD/N比,以建立适应低COD/N环境的MBMBR系统。研究了反应器在不同COD/N、停曝比和盐度下的污染物去除效能以及微生物群落结构的变化,并初步COD/N下膜污染速率、膜垢组成差异和盐度变化下溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的差异情况,主要结果如下 (1)采用间歇曝气/p H调控快速启动短程硝化反硝化工艺。在逐步降低COD/N比的过程中,系统对氨氮和COD的去除率保持较高水平,但总氮(TN)去除率随COD/N比降低而显著下降,分别为86.14%(COD/N=3.5)、82.85%(COD/N=2.5)和66.24%(COD/N=1.7)。膜表面污泥的胞外聚合物(EPS)中蛋白质含量随COD/N比降低而减少,膜污染也相应减轻。16S r RNA分析显示,反硝化菌群中Rhodobacter、Denitratisoma、unclassified_Comamonadaceae和f_Gemmatimonadaceae在不同COD/N下富集,而硝化菌群中Nitrosomonas和SM1A02丰度变化显著,减少碳源投入后,SM1A02丰度大幅降低,Nitrosomonas丰度则进一步上升。 (2)为研究MBMBR系统运行效能的可逆性,将COD/N比重新调整为2.5,发现脱氮效果未达预期,调整停曝比为40 min:20 min后,脱氮效率提高至82.87%。在此期间,COD去除率保持良好,但氨氮去除率略微下降。16S r RNA结果显示,反硝化菌群中Phaeodactylibacter和OLB8成为新的优势菌属,Nitrosomonas和SM1A02丰度进一步增加。基于KEGG数据库预测发现,“代谢通路”丰度最高,而“遗传信息过程”和“细胞进程”中大部分二级通路呈先上升后降低趋势。COD/N比对硝酸盐还原酶基因和氨单加氧酶基因影响显著,调整停曝比后,前者丰度降低,后者持续升高,异化硝酸盐还原途径相关基因丰度极高。 (3)不同进水盐度对MBMBR系统运行性能有消极影响。NH₄⁺-N去除率保持高位,但COD和TN去除率总体呈下降趋势,在盐浓度为6400 mg/L时,平均去除率下降至85.05%和74.17%。三维荧光光谱(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)表明SMP主要成分为蛋白质类和腐殖酸类物质,EPS主成分为蛋白质类物质,盐度对SMP中腐殖酸类物质和LB-EPS的蛋白质类物质含量影响较大,膜对蛋白质类物质过滤性能较强。16S r RNA分析显示,盐度对微生物群落结构影响重大,反硝化菌群丰度下降,Nitrosomonas表现出极强耐盐性,丰度达12.15%。基于KEGG数据库预测发现,“碳水化合物代谢”、“氨基酸代谢”、“核苷酸代谢”等二级通路随盐度增加而降低。并且盐度对相关脱氮基因影响显著,对氨单加氧酶基因影响最为剧烈,呈先降低后增加趋势。