1.1.1 活性污泥驯化装置

利用所示SBR反应器(直径为0.2 m，高为0.3 m，有效容积为8 L)驯化好氧反硝化及反硝化聚磷活性污泥。好氧反硝化污泥驯化参数：进水5 min，曝气450 min，沉淀20 min，排水5 min。反硝化聚磷污泥驯化参数：进水、厌氧搅拌3 h，沉淀0.5 h，排水、进水、缺氧搅拌4 h，沉淀，排水0.5 h。

1.1.2 主要试剂和仪器及培养基

重铬酸钾、纳氏试剂、酚二磺酸、N-(1-萘基)-乙二胺等，国药集团化学试剂有限公司；牛肉膏、蛋白胨，北京奥博星生物技术有限责任公司。

紫外-可见光分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；生化培养箱，哈尔滨市东明医疗仪器厂；溶解氧测定仪，YSI公司。

FM培养基(g/L)：牛肉膏1.0，蛋白胨5.0，KNO3 1.0。

DM培养基(g/L)：丁二酸钠4.70，磷酸氢二钠7.90，磷酸二氢钾0.75，氯化铵0.30，硫酸镁0.10，硝酸钾0.75，微量元素1.00 mL。

牛肉膏蛋白胨培养基(g/L)：牛肉膏10.0，蛋白胨3.0，氯化钠5.0。

缺磷培养基(g/L)：醋酸钠3.23，磷酸氢二钠23.00，硫酸钾17.83，氯化铵152.80，硫酸镁81.12，氯化钙11.00，HEPES缓冲液7.00，微量元素2.00 mL。

富磷培养基(g/L)：醋酸钠3.23，磷酸二氢钾25.00，氯化钙25.68，氯化铵305.52，硫酸镁91.26，PIPES 8.50，微量元素2.00 mL。

1.1.3 泥膜共生多级A/O中试装置

泥膜共生多级A/O工艺中试设备于湘潭某污水处理厂运行，如所示，设备尺寸为580 cm× 220 cm×200 cm (长×宽×高)，有效容积14 m3，共14条廊道，每条廊道尺寸为100 cm×50 cm×200 cm (长×宽×高)，每条廊道底部设有曝气盘，在好氧区和厌氧区填充体积比为20%-30%的填料。控制水流停留时间为10 h，进水流量分配比为3:1，污泥回流比为100%。

1.1.4 实验水质

实验用水为湘潭河东污水处理厂进水，其中化学需氧量(Chemical oxygen demand，COD)为128.35 mg/L，氨氮(NH4+-N)为13.23 mg/L，总氮(Total nitrogen，TN)为16.20 mg/L，总磷(Total phosphorus，TP)为1.16 mg/L。

1.1.5 载体填料

实验填料为XQ-Ⅱ型聚氨酯泡沫载体，方形空心，粒径约20 mm-30 mm，密度为0.015-0.03 g/cm3，表面积 > 5 000 cm2/g，单位体积生物可附着量为200-300 g/L。

1.2.1 高效菌群的驯化培养及性能测定方法

好氧反硝化菌群：采用装置及相关运行条件对湘潭市某污水处理厂生化池的活性污泥进行梯度驯化，逐渐提高进水硝氮(NO3--N)和COD浓度，直到污泥对污染物的去除效果稳定。取10 mL上述污泥加入250 mL锥形瓶中，再加入90 mL去离子水及3-5颗玻璃珠，在摇床中充分振荡。取振荡后混合液10 mL加入FM培养基中，于10 ℃、160 r/min条件下培养24 h。连续培养3代后，取培养液1 mL加入盛有100 mL DM培养基的锥形瓶中，于10 ℃、160 r/min条件下对好氧反硝化菌群进行驯化。连续驯化3代之后，好氧反硝化菌群对COD和TN的去除率达到稳定且分别达到95%和80%以上，菌群驯化完成后进行扩大化培养，用于后期生物强化。将驯化好的菌群加入含有100 mL DM培养基的250 mL锥形瓶中于10 ℃、160 r/min条件下培养24 h，考察菌群对各项指标的去除效能。

反硝化聚磷菌群：采用装置及相关运行条件对湘潭市某污水处理厂生化池的活性污泥进行驯化，驯化温度为10 ℃，注水比为0.67，富集期间不排泥，厌氧段进水COD为250 mg/L，缺氧段进水不含有COD，磷的浓度控制在19 mg/L，NO3--N浓度控制在60 mg/L，连续驯化直到脱氮除磷率均达到80%以上。取10 mL上述污泥加入250 mL锥形瓶中，再加入90 mL去离子水及3-5颗玻璃珠，在摇床中充分振荡。取振荡后混合液10 mL加入牛肉膏蛋白胨培养基中，于10 ℃、140 r/min条件下培养24 h连续培养3代。培养完成后，取培养液10 mL加入装有100 mL缺磷培养基的锥形瓶中，10 ℃、140 r/min对反硝化聚磷菌群进行隔夜培养。将1 mL/L上述菌液接种于富磷培养基中，置于密闭容器中于30 ℃下培养24 h，并进行吸磷试验。连续培养直到脱氮除磷率均达到80%以上，菌群驯化完成，进一步扩大培养用于后期生物强化。将驯化好的菌群加入含有硝酸钾的富磷培养基(NO3--N浓度为60 mg/L)中，于10 ℃、140 r/min条件下培养30 h，测定菌群对NO3--N和磷的去除率云南玉昆推荐分析预测。

1.2.2 生物强化方法

驯化好的低温好氧反硝化菌和低温反硝化聚磷菌按照生化池生物量的10%投加到生化池中，闷曝2 d使菌群在填料表面挂膜生长。控制厌氧段及缺氧段SV为25%-30%，污泥浓度为5 000 mg/L左右；控制好氧段SV为20%-25%，污泥浓度为3 000 mg/L左右。

1.2.3 水质分析方法

8 000 r/min离心10 min后取上清液进行测定，水质检测依据《水和废水检测分析方法》[]进行，测定pH、溶解氧(Dissolved oxygen，DO)、温度、COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN和TP。

1.2.4 高通量测序

从污水处理厂、中试设备强化前后以及好氧反硝化菌群和反硝化聚磷菌群混合各取50 mL样品，10 000 r/min条件下离心10 min，弃上清液后保存在-70 ℃冰箱，由上海美吉生物技术有限公司进行高通量测序。

2.2.1 好氧反硝化菌群的脱氮效能

驯化的好氧反硝化菌群脱氮效能如所示。结果表明，0-6 h内浓度基本不变，NH4+-N浓度稳定降低，TN去除率较低。反应6 h后，NO3--N浓度大幅度降低，TN去除率迅速提高，这是因为随着系统中好氧反硝化菌群菌量提高，好氧反硝化速率大于异养硝化速率，NO3--N的转化量大于生成量，不断转化为氮气排出系统，TN去除率也得以提升。反应12 h后，系统中可用碳源耗尽，限制了同化作用、好氧反硝化作用的进一步进行，NH4+-N和NO3--N浓度趋于稳定，TN去除率达到最大值84.21%。

2.2.2 反硝化聚磷菌的除磷效能

由可知，反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%。调整期(0-3 h)系统中菌量较少、活性较低，除磷效果不理想。进入对数生长期(3-18 h)后，反硝化聚磷菌大量繁殖，该阶段系统中菌量充足、活性较高且有机碳源充足，反硝化聚磷菌过量吸收磷以合成新的细胞，因此磷浓度不断降低、除磷率陡增。18 h后，系统中剩余有机物含量已不足以继续支持聚磷菌的生长，除磷率不再提高，最终稳定在83.15%。同时，研究结果表明该反硝化聚磷菌群对NO3--N具有较高的去除率，可达到81.22%。