目的及意义

氮素是所有生物生存、发展必不可少的元素。氮素主要以NH₃、N₂、N₂O、NO₂^-、NO₂^-和NO₃^-等形式存在并相互转变构成自然的氮循环。而随着国民经济的快速发展，污水排放量增大，污水中污染物种类增多，自然的氮循环遭到破坏，水源被污染，水体富营养化情况严重，因此利用人工措施恢复正常的氮素循环是解决氮素污染问题的根本途径。

水体中氮的来源是多途径的,主要由城市生活污水、工业废水和农田灌溉污水三方面带入。城市生活污水中的氮主要由厨房洗涤、厕所冲洗、沐浴、洗衣等带入，城市垃圾的渗滤液含有较高的氨氮。许多工业废水（如制革废水、食品加工废水、炼焦废水、合成氨废水）含有氮素污染物，污染物的种类和浓度因行业而异，变化较大。家禽养殖污水（农业污水）含有大量的氮素污染物；此外自然界的天然固氮也是一个方面,通过雷电固定大气中的氮就占天然氮的15%。

氮素随污水持续进入水体，可引起水体富营养化，造成水生植物和藻类过度繁殖，藻类浓度过高，出现“水华”或“赤潮”现象。这种现象能阻塞鱼鳃和贝类水孔，影响其呼吸作用；是水中溶解氧降低，水生植物无法存活；藻类产生大量气味物质，使水体发臭；藻毒素大量生成，引起鱼、贝中毒，这些都能造成鱼类的大面积死亡，严重影响渔业的发展。如果这种水体作为水源，也会影响饮用水质量，使饮用水产生异味，影响供水水质并增加制水成本，甚至可能危害人的身体健康。

水环境中氮元素的大量积累导致了水环境质量的严重恶化，威胁到了人类的生产生活，，同时采用有效的防治措施化解这一危害，是目前亟待解决的问题。目前废水脱氮技术可分为物化法和生化法两大类，对于城市生活废水主要采用传统硝化反硝化工艺进行处理，由于硝化/反硝化工艺不仅存在需要外加碳源、耗氧量高、污泥产率高等缺点，而且其与除磷工艺在停留时间和碳源的需求上难以调和的矛盾导致了该工艺的脱氮效率难以进一步提高。而自养脱氮相较于传统脱氮工艺则不具备上述缺点，成为目前脱氮研究的热点。

自养脱氮工艺包括亚硝化及厌氧氨氧化，这两个过程不仅受到 DO、pH、温度等运行参数的影响，还受到废水中多种物质成分的影响，例如抗生素、金属离子、盐度、基质质量浓度等，限制了自养脱氮工艺的发展及应用。

本论文研究基于课题组已有的研究基础，立足于国内外自养脱氮工艺最新研究成果，研究在添加磷灰石、磁铁矿、多碳纳米管等不同外源材料对自养脱氮系统的影响及其对污泥形态的变化及内部菌群分布的改变规律。为自养脱氮工艺在不同污水水质条件下的处理提供一定的技术支持和机理指导。

研究现状