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随着我国城市污水处理率的逐年上升,活性污泥法的应用越来越广泛。处理工艺的高能耗和污泥膨胀作为活性污泥污水处理厂亟待解决的难题也越来越受到研究者的广泛关注。低溶解氧污泥微膨胀(简称,污泥微膨胀)节能理论与方法是一种既节能又能改善污水处理效果(或不影响出水水质)的污水处理新方法。该理论自提出以来得到了很多研究者的认可和关注,逐渐成为研究热点。但是因该理论提出时间短,研究难度大,目前关于污泥微膨胀启动与维持的运行条件尚无全面、系统的报道。为此,本文采用运行方式较为灵活的SBR工艺(Sequencing Batch Reactor,序批式活性污泥法),研究了污泥微膨胀的启动和维持条件,主要运行参数有低溶解氧值(一般<1.0 mg/L)、运行模式、温度等,并在成功启动污泥微膨胀状态的同时尽可能的优化系统的脱氮除磷效率,为污泥微膨胀理论在实际中的应用提供更多的理论支持。此外,还利用染色和积硫实验等微生物方法对微膨胀污泥中的优势菌进行鉴定,对污泥微膨胀节能理论的进一步完善具有重要意义。研究结果表明:(1)常温、全程好氧模式中,在低溶解氧(0.3 mg/L)和低有机负荷(0.2 kgCOD/(kgMLSS·d))的协同作用下,SBR工艺中在经过了短期的恶性膨胀后实现了活性污泥微膨胀,并稳定维持长达40d。同时,还实现了COD和氮、磷的高效去除。聚磷菌的增殖使活性污泥比重增大,有助于发生恶性膨胀的污泥逐渐恢复沉降性能,维持活性污泥微膨胀。(2)A/O(Anoxic/Oxic,缺氧/好氧)运行模式下,发生污泥膨胀时的溶解氧值也为0.3 mg/L,采用0.5 mg/L的溶解氧未导致污泥膨胀,出现了“针状污泥”。由于去除营养物质的需要,延长好氧反应时间,增加后置缺氧段,并加入反硝化碳源。活性污泥微膨胀状态未被破坏,SVI值未发生本质变化,仍然能维持在170 mL/g左右,实现了低溶解氧污泥微膨胀与高效脱氮除磷的结合。(3)在A/O运行模式下,单纯低温或高温都未引发污泥膨胀。低温和高温都能协同低溶解氧启动SBR系统的污泥微膨胀,但不同的温度条件下引发污泥膨胀的溶解氧值不同:低温(10℃~15℃)条件下为0.3 mg/L,高温条(25℃~30℃)件下为0.8 mg/L。这种差别是由不同温度条件下不同的优势丝状菌种群决定的:低温条件下微膨胀污泥中的丝状菌为M. parvicella,高温条件下,虽然存在极少量的M. parvicella,但优势丝状菌为H. hydrossis。经荧光原位杂交(FISH)技术鉴定,本试验中出现的微丝菌为MPA223。(4)以高温条件下曝气量数据为例对污泥微膨胀系统的节能效果做了初步分析,污泥微膨胀期间的平均总曝气量(AR)为5L,比正常溶解氧(曝气量13.75 L)节约了63.6%,为污泥微膨胀理论与方法在实际水厂应用的经济绩效分析提供参考。