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富含N、P的污泥水是污水处理厂污泥处理系统产生的废水,目前大多数污水处理厂将其直接回流到污水处理工艺的前端,这不仅增加了污水厂N、P的处理负荷,而且也使污泥水中的N、P元素未得到有效回收。本论文以西安市第五污水处理厂实际污泥水为对象,采用3个不同组合工艺分别对其进行回收处理:首先将污泥水中的磷和部分氨氮以鸟粪石结晶形式回收,然后再将残留的氨氮采用生物法去除,并通过活性测定、FISH及高通量分析等技术手段研究生物脱氮工艺中微生物的特征。主要结果如下:(1)套筒式鸟粪石结晶反应器(DTCR)+移动床生物膜反应器(MBBR)组合工艺处理实际污泥水时,其中DTCR对磷的平均去除率为58.36%,对氨氮的平均去除率为29.71%,沉淀物的产率约为232g/m3污泥水,沉淀物中鸟粪石纯度约为92%。在后续的MBBR短硝化阶段,该组合工艺可将约50%的氨氮转化为亚硝氮使出水中氨氮和亚硝氮的比例接近1:1,对磷的平均去除率为63.1%;在后续的MBBR全程硝化阶段,该组合工艺对氨氮的平均去除率高达98.8%,对磷的平均去除率为48.8%。(2)搅拌式结晶反应器(MCR)+MBBR组合工艺处理实际污泥水时,其中MCR对磷的平均去除率为82.6%,对氨氮的平均去除率为14.3%,沉淀物产率约为230g/m3污泥水,沉淀物中鸟粪石纯度约为93.8%。在后续MBBR中,对残留氨氮最大去除率为96%。该组合工艺在稳定运行阶段对总无机氮的平均去除率为73.17%,对磷的平均去除率为81.11%。FISH分析结果显示,MBBR的生物膜中含有大量厌氧氨氧化菌(AAOB),活性污泥中有少量的AAOB菌。宏基因组分析结果显示,MBBR中生物膜及活性污泥中均含有大量的AOB菌,其占总菌的比例分别为10.46%和21.46%;生物膜中含有大量AAOB菌,而活性污泥中则只有极少量的AAOB菌,且AAOB菌的优势菌种为Candidatus Kuenenia菌,在生物膜和活性污泥中AAOB菌占总菌的比例分别为4.13%和0.71%。(3)搅拌式结晶反应器(MCR)+SBR短程硝化反应器+厌氧生物滤柱(BFC)组合工艺处理实际污泥水时,对总无机氮的平均去除率为86.01%,对磷的平均去除率为81.07%,运行状态非常稳定。此外,研究发现,BFC中的AAOB菌在长期(147d)氨氮和亚硝氮供给不足的运行状态下可以存活,并且在重新供给氨氮和亚硝氮后的1d内恢复活性。FISH分析结果表明,在BFC中存在大量的AAOB菌,并且呈小团聚集。宏基因组分析结果显示,BFC中有大量AAOB菌,其优势菌种为Candidatus Brocadia,占总菌的比例为5.06%。