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当前，污泥处理处置已成为我国污水处理领域亟待解决的难题之一，特别是小城镇污水处理厂，由于其处理规模小、水质水量不稳定，导致污泥产量少，且性质不稳定，迫切需要开发一种简易、高效、低成本的污泥处理技术和装备。针对小城镇污水处理厂污泥处理的问题，笔者所在课题组研发了污泥浓缩消化一体化反应器，并进行了小试反应器的三代改良，在流态模拟和优化的基础上，设计出中试反应器。论文对中试反应器开展试验研究，获得了最优运行工况，同时针对中试反应器的弊端，进行改进，设计出生产性试验反应器，并在重庆大渡口污水处理厂进行生产性试验，研究了反应器对污泥的浓缩和消化效果、污泥中重金属稳定效果以及反应器内微生物种群多样性分布。研究取得的主要成果有：①以NaCl为示踪剂，采用阶跃法进行了中试流态试验，试验表明：在没有气体搅拌的条件下，反应器内室下部和底部的无因次方差（σ_θ~2）分别为0.63、0.67，而中上部和中下部的σ_θ~2分别为0.34、0.44；气体回流量分别为8L/min、12L/min、16L/min时，内室顶部到底部的无因次方差分别为0.60-0.63、0.64-0.68、0.65-0.66，内室的流态趋于完全混合流。为达到内室完全混合的目的，并考虑到运行成本，故采用12.0L/min作为气体回流量。②中温（35±2℃）条件进行中试研究，考察了污泥投配率为12%、18%、24%、30%的运行效果，结果表明：污泥投配率为24%时反应器的单位产沼气量最高，为325L/KgVS，其中CH4含量为62.7%。污泥的VS/TS由25%降到20%，含水率由99%降到93%，污泥的浓缩消化效果明显。③常温（25-35℃）条件进行生产性试验研究，考察了污泥投配率为10%、15%、20%、24%的运行效果，结果表明：污泥投配率为15%时，反应器的单位产沼气量最高，为110.5L/kgVS，其中CH4含量达61.4%。采用甲烷势自动测试系统对污泥比产甲烷活性（SMA）进行了测试，在15%的工况下SMA为20.5mgCODCH/gVSS·d。污泥VS/TS由36%降到29%，含水率由98.5降到91%，污泥的浓缩和消化效果明显。④采用BCR重金属形态提取法，对生产性试验过程中反应器内重金属的稳定效果进行了研究，结果表明：和进泥相比，排泥中Cu、Mn、Pb、Cd的酸溶态/可交换态含量分别降低了73.6%、32%、40.7%、19%，Ni的酸溶态/可交换态含量增加了27.6%，Zn、Cd的可氧化态含量分别增加了37%、55%。Fe的可还原态含量降低了30.5%。处理后，污泥中Mn、Cd、Zn的潜在迁移能力下降，污泥重金属的有效态（酸溶态/可交换态和可还原态）转化成相对稳定的金属形态（可氧化态和残渣态）。⑤采用PCR-DGGE技术对生产性试验反应器内微生物种群多样性分布进行了研究，结果表明：反应器内室和外室以及排泥区微生物均呈多样性分布，细菌种类较多。排泥区同种菌群的细菌数量比内室更加丰富。负荷的改变不会使微生物的种群多样性发生变化。内室中微生物的种群组成要多于外室，验证了内外室在功能上的差异。另外反应器内室和普通消化池有共同的细菌菌种，并且内室还具有四种特异性菌群，验证了污泥浓缩消化一体化反应器有较好的污泥处理效果。研究成果为污泥浓缩消化一体化反应器的工程设计、启动和运行提供了较系统的理论和技术支撑，对推动污泥浓缩消化一体化处理技术的工程化应用具有重要意义。