1 引言

　　近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的水環(huán)境富營養(yǎng)化問題日益突出，不僅破壞了生態(tài)平衡，而且嚴重威脅著人類的健康和生活生產(chǎn).大量含氮、磷元素的污水進入水體，是導(dǎo)致大范圍水體富營養(yǎng)化的問題所在.在流入河流湖泊的污水分類組成中，低污染負荷的污水占很大比例，如農(nóng)村雨污合流排水、農(nóng)田排水以及城鎮(zhèn)污水處理廠尾水等.它們大多具有污染物含量低、可生化性強、水質(zhì)水量變化大、排放分散等特征.針對這種低污染水質(zhì)特征，目前比較常用的凈化工藝是生態(tài)型污水土地處理系統(tǒng)，主要包括人工濕地、氧化塘等類型.由于土地處理系統(tǒng)運行成本低，在去除氮磷方面效果顯著，得到越來越廣泛的應(yīng)用.但是，傳統(tǒng)的土地處理系統(tǒng)也存在負荷過低、易堵塞等問題，在處理低污染水時凈化效率低.因此，針對低污染水處理的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，多級土壤滲濾系統(tǒng)也成為研究熱點之一，其在低污染水的強化脫氮除磷方面有著更突出的優(yōu)勢.

　　多級土壤滲濾系統(tǒng)(Multi-soil-layering system，MSL)是由日本學(xué)者Wakatsuki等在20世紀90年代研究開發(fā)出的一種新型、高效的人工強化土壤滲濾系統(tǒng)，它克服了傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)占地面積大、處理效率低、容易堵塞以及脫氮效果差等問題.其核心理念是將土壤模塊化，系統(tǒng)內(nèi)滲濾層(PL)與土壤模塊層(ML)交替排列，形成多個微“好氧-厭氧”環(huán)境來去除污染物.該技術(shù)已在日本、泰國、印度尼西亞和中國推廣應(yīng)用，對生活污水、受污染河水等的處理具有較好的效果.盡管MSL系統(tǒng)相對其他土地處理系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，但是如何在系統(tǒng)內(nèi)部維持良好的“好氧-厭氧”環(huán)境是影響系統(tǒng)脫氮效果的關(guān)鍵;而且針對低有機污染水的脫氮問題，這一技術(shù)應(yīng)用于工程實際會因碳源不足引起反硝化受阻，進而限制了系統(tǒng)對氮素的去除效果.傳統(tǒng)的固相碳源天然材料如鋸末屑、植物秸稈類等存在反硝化速率偏低、持續(xù)供碳能力較弱、出水產(chǎn)生色度問題等，而單一高分子聚合物反硝化脫氮效率高但經(jīng)濟性成本較高，需要進一步從固體碳源的釋碳速率控制、經(jīng)濟性成本的降低方面研發(fā)新型碳源.在有關(guān)MSL系統(tǒng)脫氮微生物機理解析等方面也未見報道.因此，這些問題的存在迫切需要對該技術(shù)以及相關(guān)脫氮微生物機理方面開展深入的研究.

　　本研究采用“微曝氣段+非曝氣段”的兩段式MSL系統(tǒng)工藝，針對某生活小區(qū)中水處理站的出水，城鎮(zhèn)污水處理廠傳統(tǒng)工藝一級A標準出水的低C/N比特征，在土壤模塊中引入新研發(fā)的基于PHBV (聚羥基丁酸戊酸酯)、纖維素等共混固相碳源(簡述為GC-4)，以土壤模塊添加鋸木屑碳源的MSL系統(tǒng)為對照，在實際現(xiàn)場環(huán)境條件下開展了不同溫度、不同水力負荷條件下對低污染水的強化脫氮除磷研究，并考察了工藝出水有機物的含量變化，為MSL工藝在實際工程中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù).

　　2 材料與方法

　　2.1 試驗裝置與工藝流程

　　“曝氣段+非曝氣段”的兩段式多級土壤滲濾系統(tǒng)試驗裝置與工藝流程，如圖 1所示.本研究在某生活小區(qū)中水站內(nèi)進行，生活污水經(jīng)“A2/O工藝”處理后的低污染出水，由水泵提升至高位水箱，經(jīng)初步沉淀后再由計量泵配水, 進水依次流過模擬曝

　　圖 1 MSL系統(tǒng)試驗裝置與工藝流程圖

　　氣段和非曝氣段，再通過上流式出水管流出系統(tǒng).其中，曝氣段通過微型空氣壓縮機接曝氣軟管和曝氣頭曝氣，曝氣頭置于承托層上部.非曝氣段采用上流式出水使其維持淹水水位，同時加蓋密封形成缺氧環(huán)境.

　　試驗裝置曝氣段尺寸：0.4 m×0.3 m×0.8 m (長×寬×高)，非曝氣段尺寸：0.4 m×0.3 m×1.0 m (長×寬×高).土壤模塊(ML層)包含2種不同規(guī)格尺寸，分別為：長×寬×高=0.3 m×0.2 m×0.1 m (長型);長×寬×高=0.15 m×0.2 m×0.1 m (短型).滲濾層(PL層)與模塊上下間隔40 mm.

　　2.2 試驗材料

　　本研究一共設(shè)置2組對照系統(tǒng)，MSL1是以傳統(tǒng)鋸木屑為反硝化碳源的參照組，MSL2是于缺氧段土壤模塊層中添加固相碳源GC-4作為反硝化碳源的試驗組，探討新型固相碳型對工藝的凈化效果的影響.2組系統(tǒng)具體填料組成如下：MSL1系統(tǒng)：微曝氣段(PL層:重質(zhì)陶粒;ML層：陶砂、腐植質(zhì)土、鋸木屑、石灰石、鋼渣、竹炭等);非曝氣段(PL層:重質(zhì)陶粒;ML層：陶砂、腐植質(zhì)土、鋸木屑、石灰石、鋼渣、竹炭等);MSL2系統(tǒng)：MSL1系統(tǒng)比較僅將非曝氣段鋸末屑改為新型固相碳源GC-4.

　　2.3 試驗水質(zhì)及工況條件

　　室外模擬試驗系統(tǒng)自2014年8月啟動，連續(xù)運行至2015年6月，期間受季節(jié)氣溫變化影響，以水溫15 ℃作為分界點，將試驗劃分為3個階段(試驗期間總體水溫處于偏低水溫).溫度段1平均水溫為19.05 ℃(>15℃)，溫度段2平均水溫為11.41 ℃，溫度段3平均水溫為19.03 ℃(>15 ℃).試驗期間進水水質(zhì)、模擬MSL系統(tǒng)工藝運行參數(shù)等列于表 1.由此可以探討不同水溫、水力負荷下2組MSL工藝的脫氮凈化效果.

　　表 1 實驗運行期間主要水質(zhì)變化范圍及工況條件

　　2.4 水質(zhì)監(jiān)測指標及分析方法

　　試驗期間，取樣監(jiān)測頻率為每周2次，監(jiān)測指標包括NH4+-N、NO3--N、TN、CODCr、pH、進水水溫.測定溶解性指標前先將水樣經(jīng)過0.45 μm濾膜過濾.其中，NH4+-N測定采用納氏試劑法，NO3--N測定采用紫外分光光度法，TN測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，CODCr測定采用重鉻酸鉀法，水溫、pH值等直接用儀器測定.

　　2.5 微生物樣品的采集與分析

　　在2組MSL系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間，采集MSL系統(tǒng)“曝氣段”滲濾層(PL層)、土壤模塊層(ML層)填料樣品2份(編號為0-P、0-M)，再分別采集2組MSL系統(tǒng)MSL1、MSL2“非曝氣段”PL層、ML層填料樣品共4份(編號為MSL1-P、MSL1-M;MSL2-P、MSL2-M).針對樣品提取DNA，測定樣品中微生物16S rRNA，并針對脫氮反應(yīng)的幾個關(guān)鍵基因如參與硝化過程的amoA基因(氨單加氧酶基因)、參與反硝化過程中的亞硝酸鹽還原酶關(guān)鍵功能nirS基因、nirK基因進行熒光定量PCR測定.

　　3 試驗結(jié)果與討論

　　3.1 2組MSL系統(tǒng)對中水站出水的強化脫氮效果

　　傳統(tǒng)的單段式MSL系統(tǒng)主要是依靠其獨特的磚砌式內(nèi)部空間形成的無數(shù)微好氧-厭氧環(huán)境，從而實現(xiàn)吸附、礦化、硝化、反硝化過程等功能的同步進行.本研究采用“曝氣段-非曝氣段”MSL系統(tǒng)，在土壤模塊引入不同固相碳源可以進一步強化脫氮.表 2為整個試驗期間脫氮效果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果.

　　表 2 不同溫度、水力負荷條件下的MSL系統(tǒng)對NH4+-N、NO3--N、TN的凈化效果統(tǒng)計分析

　　3.1.1 對氨氮的凈化效果的分析

　　2組“微曝氣-非曝氣”MSL系統(tǒng)對NH4+-N的凈化效果沒有表現(xiàn)出明顯的差異性且均表現(xiàn)出穩(wěn)定、高效的凈化效果.NH4+-N主要是通過第1級微曝氣MSL系統(tǒng)完成硝化反應(yīng)過程.溫度段1MSL2和MSL1對NH4+-N的去除率分別為88%、91%，明顯高于溫度段2的去除率80%、81%.結(jié)果表明，隨著水溫的降低，MSL系統(tǒng)對NH4+-N去除率會有所下降.這是低水溫條件下一定程度上會影響到MSL系統(tǒng)內(nèi)硝化細菌的生物活性.但盡管隨著水溫的降低且進水NH4+-N濃度升高，MSL系統(tǒng)對NH4+-N的凈化效率依然維持在80%左右的水平，表明了MSL系統(tǒng)具有較好的抗沖擊負荷能力.

　　如圖 2a所示，比較溫度段1和溫度段3可以發(fā)現(xiàn)，在水溫相似環(huán)境條件下(平均水溫大于15 ℃)，運行了2個不同的表面水力負荷參數(shù)，即在1.0 m3·m-2·d-1水力負荷條件對應(yīng)進水氨氮平均濃度為8mg·L-1，MSL1、MSL2工藝出水分別為0.76、0.92mg·L-1;在0.6 m3·m-2·d-1水力負荷條件對應(yīng)進水氨氮平均濃度為5 mg·L-1，MSL1、MSL2工藝出水分別為0.32、0.67mg·L-1, 且2組MSL工藝對氨氮的凈化效率均達到90%左右.就MSL系統(tǒng)對氨氮的凈化效率來看，表面水力負荷還可以更高一些.統(tǒng)計表明，在所選擇的2個水力負荷工藝參數(shù)下2套MSL系統(tǒng)在溫度段1和溫度段3中NH4+-N的去除率在95%觀測水平下均沒有顯著性差異(p1=0.076>0.05，p2=0.878>0.05).

　　圖 2 MSL系統(tǒng)不同運行階段對NH4+-N (a), NO3--N (b)和TN (c)的凈化效果

　　3.1.2 對硝酸鹽氮的凈化效果的分析

　　圖 2b揭示了2套系統(tǒng)對NO3--N的凈化效果.NO3--N濃度會隨著進水中NH4+-N在第1級曝氣段好氧硝化后進一步上升，再進入缺氧段進行反硝化反應(yīng)以完成反硝化脫氮過程.

　　結(jié)合表 2中硝酸鹽氮數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果并對照圖 2b可以看出，溫度對MSL系統(tǒng)的反硝化過程影響比較顯著.2組MSL系統(tǒng)在溫度段1和溫度段2條件下對NO3--N的凈化效率均存在顯著性差異(p1=p2=0.000 < 0.05).在溫度段1，MSL1、MSL2 2套系統(tǒng)對NO3--N的平均去除率為61%、75%，添加新型固相碳源GC-4的MSL2系統(tǒng)的反硝化效果明顯好于添加傳統(tǒng)碳源鋸木屑的系統(tǒng)MSL1系統(tǒng).隨著水溫的下降溫度段2，2套MSL系統(tǒng)對NO3--N去除率均明顯降低，并出現(xiàn)了出水NO3--N濃度高于進水的累積現(xiàn)象.溫度段2這一現(xiàn)象背后，實際上是進水中TN組成中NH4+-N濃度比較高而NO3--N濃度較低，但隨著NH4+-N的好氧硝化轉(zhuǎn)換成為了以NO3--N形式存在，雖然在第2級MSL系統(tǒng)依然表現(xiàn)出了比較好的反硝化脫氮效果，但出現(xiàn)了NO3--N濃度出水高于進水有累積的現(xiàn)象.隨著水溫上升進入到溫度段3，硝酸鹽氮的反硝化去除率逐漸恢復(fù)到溫度段1的較高水平.

　　溫度是影響MSL系統(tǒng)反硝化脫氮的重要因素.隨著水溫的降低，有機異養(yǎng)性反硝化菌的生物活性受到了一定的影響，且在MSL系統(tǒng)中添加研發(fā)的新型固相碳源對MSL系統(tǒng)的反硝化脫氮效果提升明顯.這是傳統(tǒng)碳源如鋸木屑等天然纖維素類物質(zhì)通常含有15%~30%的木質(zhì)素，而木質(zhì)素是一種無規(guī)則、高度分支、不溶于水的高分子聚合物，是自然界所有天然產(chǎn)物中最難降解轉(zhuǎn)化的物質(zhì)之一，其反硝化脫氮速率低下;新型固相碳源為非水溶性有機聚合物，其具有較強的有機物控釋性能，在微生物酶的作用下進行生物降解并釋放碳源，可生物降解組分比例高，反硝化速率高，與鋸木屑相比，其反硝化脫氮性能更好.

　　3.1.3 對總氮的凈化效果分析

　　從進水氮素組成上看，高水溫階段(溫度段1和3)，TN組成中主要以NO3--N為主，NH4+-N次之;但在低水溫階段(溫度段2) TN的組成轉(zhuǎn)化為以NH4+-N為主，NO3--N濃度較低.這主要是因為試驗系統(tǒng)進水采用的是經(jīng)“傳統(tǒng)A2/O工藝”中水處理工藝后的低污染出水，這套傳統(tǒng)工藝的脫氮效果受溫度影響較大，高溫條件下系統(tǒng)硝化作用進行的比較徹底，出水NH4+-N濃度較低，NO3--N濃度較高;而在低溫條件下硝化作用變?nèi)�，出水NH4+-N濃度高于NO3--N濃度.2組MSL系統(tǒng)對TN的凈化效果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果列于表 2以及過程曲線如圖 2c所示.

　　統(tǒng)計表明，2套系統(tǒng)溫度段1和溫度段2中TN的去除率均存在顯著性差異(p1=p2=0.000 < 0.05)，溫度段1和溫度段3中TN的去除率也都存在顯著性差異(p1=0.008 < 0.05，p2=0.007 < 0.05)，溫度段1時MSL1、MSL2對TN的平均去除率分別為62%、72%;溫度段2時，水溫下降到15 ℃以下，系統(tǒng)的脫氮效率有所降低，TN平均去除率分別為45%、55%;隨著氣溫逐漸回升至15 ℃以上，溫度段3時系統(tǒng)對TN的凈化效果也出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，并在降低水力負荷的情況下，TN去除率進一步提高，分別達到66%、81%.由此可見，表面水力負荷的大小也是影響MSL系統(tǒng)對TN去除效果的一個重要因素.

　　通過分析還可以發(fā)現(xiàn)，不管溫度變化還是水力負荷變化，整個運行期間，系統(tǒng)MSL1和MSL2對TN的去除率存在顯著性差異(p=0.000 < 0.05).MSL2對TN的去除效果最好，在溫度段3的較高水溫和低水力負荷條件下TN平均去除率達到81%;而MSL1相對要較差，最高TN平均去除率僅為66%.相比于鋸木屑等傳統(tǒng)天然纖維素類固相碳源有機物控釋性能差、反硝化速率低等缺點，新研發(fā)的新型固相碳源為反硝化微生物提供了持續(xù)易于利用的碳源，保證了反硝化過程的持續(xù)高效進行.在土壤模塊層引入新研發(fā)的共混有機高分子固相碳源(GC-4)能夠強化MSL系統(tǒng)工藝的脫氮性能.

　　3.2 2組MSL系統(tǒng)對中水站出水中COD的進一步凈化效果

　　圖 3為2組MSL系統(tǒng)對CODCr的凈化效果.試驗系統(tǒng)進水為中水處理站尾水，COD僅為30 mg·L-1左右，屬于低有機污染水(COD/TN接近1：1)，有機物濃度不能滿足反硝化脫氮的需求.從圖 3可以看出，添加了傳統(tǒng)固相碳源鋸末屑的MSL1系統(tǒng)，在溫度段1、2、3對COD的平均去除率分別達到30%、37%、32%;而添加了新型共混固相碳源GC-4的MSL2系統(tǒng)在溫度段1運行初期出現(xiàn)了短暫的過度釋碳現(xiàn)象，之后在溫度段2、溫度段3保持著較好的碳源緩釋性能以及良好的反硝化脫氮效果(如前面脫氮特性所述)，且對COD的平均去除率分別達到57%、54%;數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析顯示，2組MSL系統(tǒng)本身在溫度段1、溫度段2和溫度段3中COD的去除效果都沒有顯著性差異(p>0.05)，說明在實驗所在的溫度、水力負荷范圍條件下對MSL系統(tǒng)去除有機物的影響差異不大.

　　圖 3不同運行階段對COD的凈化效果

　　在傳統(tǒng)MSL系統(tǒng)中有機物的去除主要集中在系統(tǒng)上部，前期通過系統(tǒng)中PL層材料、土壤和其他填料的物理截留及化學(xué)吸附來去除，而后期主要依賴異養(yǎng)型好氧微生物的代謝活動來去除.在本實驗2組MSL系統(tǒng)進水有機物濃度低，但會在“曝氣段”好氧有機異養(yǎng)菌的作用得到一定的凈化，而在“非曝氣段”土壤模塊層中的有機碳源會被異養(yǎng)反硝化菌利用完成反硝化脫氮過程且均沒有出現(xiàn)碳源過度釋放導(dǎo)致COD升高的現(xiàn)象.穩(wěn)態(tài)運行情況下，MSL2比MSL1系統(tǒng)對COD去除效率要稍高一些，推測是新型碳源GC-4比鋸末屑更易為有機異養(yǎng)菌利用相應(yīng)微生物量較大而表現(xiàn)出更好的COD的凈化效率.

　　3.3 2組MSL系統(tǒng)微生物凈化機理初步解析

　　通過對16S rRNA基因進行定量PCR分析，可以考察研究對象中微生物群落的生物量大小;而通過對參與硝化過程的關(guān)鍵功能基因amoA基因、參與反硝化過程的關(guān)鍵功能基因nirS和nirK基因的定量分析，能考察MSL系統(tǒng)不同功能區(qū)的硝化微生物和反硝化微生物群落的豐度大小，進而解析其脫氮過程的微生物機理.

　　3.3.1 16S rRNA基因解析

　　16S rRNA編碼基因序列長度適中，遺傳信息豐富，在結(jié)構(gòu)和功能上高度保守，常用來作為種間分類和系統(tǒng)發(fā)育的依據(jù)，通過對16S rRNA基因的定量，能夠在一定程度上反映微生物量的多少和豐度.采集的6種填料樣品(曝氣段0-P、0-M和非曝氣段MSL1-P、MSL1-M、MSL2-P、MSL2-M)表面生物膜微生物的16S rRNA基因拷貝數(shù)進行定量，檢測結(jié)果如圖 4a所示

　　圖 4 6種樣品填料生物膜細菌16S rRNA (a)、amoA(b), nirS(c)和nirK(d)基因拷貝數(shù)

　　由圖 4a可以看出，MSL系統(tǒng)“曝氣段”填料樣品(0-P、0-M)的生物膜細菌16S rRNA基因拷貝數(shù)總量小于兩組“非曝氣段”填料樣品總量(MSL1-P、MSL1-M，MSL2-P、MSL2-M);對比MSL系統(tǒng)中的PL層和ML層填料樣品16S rRNA基因拷貝數(shù)，無論“曝氣段”還是“非曝氣段”，ML層的生物膜細菌均大于PL層.MSL系統(tǒng)中土壤模塊層的微生物豐度更大，是由于土壤模塊層中的腐殖質(zhì)土、陶砂、竹炭、鋼渣、石灰石等為微生物在其上附著生長提供了有效的空間，而其中固相碳源的酶解為反硝化有機異養(yǎng)菌的生長提供了良好的微環(huán)境營養(yǎng)條件;MSL系統(tǒng)的滲濾層為防止系統(tǒng)堵塞選擇的是單一、顆粒較大的重質(zhì)陶粒，相對比表面積小，其上生物膜的生物量豐度相對較少.對比2組MSL系統(tǒng)，MSL1和MSL2“非曝氣段”ML層填料樣品(MSL1-M、MSL2-M)的生物膜細菌16S rRNA基因拷貝數(shù)，MSL2-M>MSL1-M，添加固相碳源GC-4能顯著增加系統(tǒng)內(nèi)的微生物豐度，在微觀層面解釋了MSL2的污染物去除效果好于MSL1的微生物機理.

　　3.3.2 amoA基因

　　氨氧化過程是硝化過程的限速步驟，amoA基因是參與氨氧化過程的關(guān)鍵基因，也是最常用于研究氨氧化細菌的基因之一.有研究表明，所有的氨氧化細菌均含有編碼催化氨氧化作用的amoA基因，以amoA基因作為分子標記物在對AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria，氨氧化細菌)的豐度和種類研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.采集的6種填料樣品表面生物膜細菌amoA基因拷貝數(shù)qPCR檢測結(jié)果(圖 4b).

　　由圖 4b可以看出，在MSL系統(tǒng)amoA基因主要分布在“曝氣段”PL層樣品(0-P)重質(zhì)陶粒表面，遠高于同處于“曝氣段”的ML層樣品(0-M)，也比“非曝氣段”的所有樣品多出1個數(shù)量級以上.由此可看出，MSL系統(tǒng)硝化過程主要由“曝氣段”尤其是滲濾層PL重質(zhì)陶粒表面生物膜上氨氧化細菌完成.進水中較高的氨氮濃度、PL層填充的重質(zhì)陶粒粒徑較大，MSL系統(tǒng)的“曝氣段”創(chuàng)造了良好的好氧環(huán)境，使得大量好氧硝化細菌在這里生長繁殖，表現(xiàn)出優(yōu)異的硝化效果.amoA基因在MSL系統(tǒng)“非曝氣段”樣品(MSL1-P、MSL2-P)也出現(xiàn)一定的拷貝數(shù)，說明在“非曝氣段”的滲濾層中也存在著某些氨氧化細菌.

　　3.3.3 nirS與nirK基因

　　亞硝酸鹽還原酶Nir催化NO2-N還原為NO的過程是反硝化過程的限速步驟，也是區(qū)別于其他硝酸鹽代謝的標志性反應(yīng).亞硝酸鹽還原酶包括細胞色素型(由nirS基因編碼)和Cu型(由nirK基因編碼)，對nirS和nirK基因的定量研究能夠準確反映MSL系統(tǒng)中各單元反硝化菌群的豐度.樣品qPCR檢測結(jié)果如圖 4c、4d所示.

　　對比圖 4c和d可以發(fā)現(xiàn)，2組MSL系統(tǒng)填料樣品表面生物膜nirS和nirK基因拷貝數(shù)有相同的規(guī)律性，且nirS基因拷貝數(shù)普遍比nirK基因高3~4個數(shù)量級，與反硝化功能基因相關(guān)文獻報道相似.nirS和nirK基因主要分布于MSL系統(tǒng)“非曝氣段”尤其是其中的土壤模塊層ML內(nèi)，而在“曝氣段” ML層(0-M)中有少量存在.由圖 4c中比較MSL系統(tǒng)“非曝氣段”土壤模塊層(ML)中nirS基因豐度，MSL2-M明顯高于MSL1-M，這是新型碳源GC-4比傳統(tǒng)碳源鋸末屑更易被反硝化菌所利用而有利于它的富集升高表現(xiàn)出更好的反硝化脫氮效果.具體參見污水寶商城資料或http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論

　　1) 在整個運行階段，MSL1系統(tǒng)和MSL2系統(tǒng)的TN平均去除率分別為58.53%、70.34%，證明了在不同條件影響下，添加新型材料的MSL2比MSL1表現(xiàn)出較好的強化脫氮性能;

　　2) 在相同表面水力負荷(1.0 m3·m-2·d-1)條件下，水溫的降低會直接降低系統(tǒng)的脫氮效率.當水溫從平均19 ℃下降到 < 15 ℃時，MSL1系統(tǒng)對NH4+-N、TN的平均去除率分別由91%、62%下降為81%、45%，MSL2系統(tǒng)對NH4+-N、TN的平均去除率分別由88%、72%下降為80%、55%，但MSL2系統(tǒng)仍然優(yōu)于MSL1系統(tǒng).

　　3) 水力負荷的降低會提高2個系統(tǒng)TN去除率大約20%，證明了低水力負荷利于系統(tǒng)的脫氮效果.在各個運行階段，MSL系統(tǒng)添加固相碳源均沒有出現(xiàn)碳源過度釋放現(xiàn)象，表現(xiàn)出較好的COD去除效果.

　　4) 分子生物學(xué)研究揭示了兩段式MSL系統(tǒng)中微生物、硝化菌、反硝化菌的功能分區(qū)及其豐度，在生物量和反硝化基因數(shù)量上MSL2均大于MSL1，硝化菌(amoA基因)集中分布在微曝氣段，反硝化菌(nirS、nirK)集中分布在土壤模塊層層，比較好解釋了不同碳源類型條件下MSL系統(tǒng)的脫氮效果的差異性.