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污泥原位减量化技术是解决目前污水处理过程中产生剩余污泥问题的重要途径。前期的研究表明,好氧-厌氧耦合(rCAA)体系能够实现污泥原位减量。为解析该类反应器实现污泥原位减量的机理,本论文构建了好氧-厌氧耦合折流板反应器,对rCAA体系同步处理废水和污泥的过程机理进行了系统的研究,并将该技术用于实际生物农药废水的处理。rCAA折流板反应器运行3年的研究结果表明,在进水COD为700-800mg·L-1、停留时间为15 h时,COD去除率大于89%,污泥产率系数为0.09kg-SS·(kg-COD)-1,为传统活性污泥工艺的33.3%,验证了rCAA体系的污泥减量化效果。对rCAA折流板反应器内可溶性组分、污泥性质、微生物种群变化以及代谢活性等的分析结果表明:好氧区增殖的污泥进入下游的厌氧区后发生死亡溶解释放出胞内蛋白质等组分,进一步被降解成小分子物质,这些物质流入下游好氧区被污泥再次利用,强化了污泥的隐性增殖;而微型动物的稳定存在强化了捕食效应。整个过程伴随着CO2、N2的释放,使得进水中有机物以气体形式脱离体系,实现了剩余污泥的原位减量。构建了采用绿色荧光蛋白(GFP)细菌快速示踪耦合反应器厌氧区域污泥溶解过程的新方法。结果表明,厌氧区内的污泥上清液以及反应器后部的好氧区内的污泥上清液对大肠杆菌胞内GFP的释放具有明显的促进作用,这一结果表明这些区域的污泥上清液具有显著的溶菌作用。构建了能够描述好氧-厌氧耦合过程的数学模型。在好氧区建立了以Monod方程为基础的微生物生长及基质去除模型,在厌氧区建立了以污泥溶解和转化过程为核心的有机物释放模型,并进行了参数测定和模型计算。该模型能够较好地解释rCAA折流板反应器的反应过程。以好氧-厌氧耦合技术为核心的废水处理工艺成功用于阿维菌素发酵废水的处理。在小试及中试基础上对工厂原有工艺进行了改造,采用絮凝和rCAA联合工艺处理UASB的出水。实际运行结果表明,在进水COD为1500 mg·L-1左右时,出水可降至300 mg·L-1以下,且脱色效果明显。