目前,我国的大多数城市污水处理厂,特别南方城市的污水处理厂普遍存在生物反硝化脱氮碳源不足的问题,这导致反硝化效率较低,出水总氮不能达标排放。因此,充足的碳源是保证反硝化反应有效进行的必要条件。活性污泥技术作为目前污水处理中运用最普及的一种技术,其产生的大量剩余污泥的处理与处置费用在污水厂运行成本中所占的比例也越来越大。课题针对脱氮达标和剩余污泥处置的问题,利用剩余污泥在碱性条件下厌氧发酵产生的含高碳源的上清液作为反硝化脱氮的补充碳源进行了研究。试验的主要研究结论如下:首先,通过试验研究了剩余污泥碱解发酵的较优条件以及碱解对污泥絮体的破解作用。确定采用机械搅拌,碱解条件为pH10,并在此基础上,通过一次性投料间歇试验的指标分析、反硝化速率对比以及污泥破解后的扫描电镜照片比较,确定较优的污泥停留时间为SRT=9d。论文对比了pH10,SRT=9d条件下的剩余污泥碱解发酵上清液、乙酸钠和生活污水三种碳源的反硝化效能和反硝化动力学过程。结果表明,在相似的VFAs/N和MLVSS情况下,上清液碳源的反硝化曲线变化趋势与乙酸钠较为一致,平均反硝化速率略低于乙酸钠,硝酸盐去除率和乙酸钠相当,但远高于生活污水。三种碳源12h的反硝化过程均可分为四个阶段:无限制快速反应阶段、限制性快速反应阶段、慢速反应阶段和内源呼吸阶段。在第一阶段,上清液碳源对应阶段比反硝化速率达到12.169 mgN/(gVSS·h),略低于乙酸钠碳源第一阶段比反硝化速率14.178mgN/(gVSS·h),远高于生活污水该阶段比反硝化速率5.669mgN/(gVSS·h),第二、三阶段上清液碳源比反硝化速率最高,其次是乙酸钠碳源,最低仍是生活污水。结合污泥脱氢酶活性测试结果,认为剩余污泥碱解发酵上清液可以作为反硝化脱氮碳源。在动力学分析的基础上,以不同VFAs/N比值用上清液单独作碳源进行反硝化批式试验,进一步考察了反硝化各阶段的反应速率,同时进行了上清液回用量的分析,确定了试验初始硝酸盐浓度下的较优VFAs/N比值。结果表明,在反应的6h内,反硝化速率变化也分阶段变化,且随VFAs/N比值的增加VFAs引入量增加,反硝化反应速率迅速得到提高。综合比较反硝化反应的的硝酸盐氮和SCOD去除效果,建议选用VFAs/N比值在2～3之间,该比值范围内脱氮效率高,剩余SCOD浓度对后续处理负荷影响较小。在该比值范围内,反硝化反应主要发生在前3h,持续6h的脱氮效率仅比3h提高10%,从节约投资和运行成本出发,建议运行时间控制在3h内。将剩余污泥碱解发酵上清液投加到生活污水中进行反硝化,与未投加上清液的生活污水对比,反硝化速率明显提高,在6h内硝酸盐氮降解量可提高到2倍以上,适当VFAs/N下出水硝酸盐氮可低至5mg/L左右,脱氮效率可提高到70%,甚至可接近90%。根据小试结果,选用合适的VFAs/N比值,将上清液以与生活污水进水体积(1.5L)比例为1/5、1/7.5和1/10用于SBR工艺,使VFAs/TN比值平均值分别为3.12、2.78、2.24,COD/TN比值分别为13.74、9.45、6.10,考察了上述上清液用量条件下,污染物的去除效能和上清液回用对系统存在的影响。结果表明,比例1/10为三个用量条件中的最佳用量,该用量下出水平均COD浓度为47mg/L,平均TN浓度为14.83mg/L,氨氮出水浓度小于2mg/L,出水污染物浓度能达到一级A标的要求。当比例大于1/10时,随着比例增加,TN去除率略有升高,氨氮去除效果基本不受影响,但COD去除率下降,COD出水浓度大幅度增加,不能达标。上清液的回用对SBR系统污泥活性无明显影响。维持上清液适当的用量,氮的引入对系统的影响不大;部分难降解碳源的引入增加了COD处理难度,在较高比例下,出水COD浓度不能达标;上清液引入的磷在短时间内对系统脱氮影响不明显,但长时间的运行,应考虑对上清液中磷元素的处理。