【摘 要】
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磷是组成生命物质不可缺少的元素之一,因其不挥发性,在自然界中呈现从陆地到海洋的单向直线运动,由此导致的水体富营养化和全球磷资源短缺问题成为水处理领域研究的重点与热点。污水生物营养物去除（biological nutrient removal,BNR）系统的过曝气不仅造成能源的无端浪费还会引发系统失效及出水磷不达标等问题。本研究建立了一种磷酸铵镁（MAP）化学沉淀法耦合低耗主流BNR工艺,通过考察不
【基金项目】
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国家自然科学基金项目—生物海绵铁体系中铁与微生物协同同步反硝化作用机制及其应用基础研究（51768032）； 国家自然科学基金项目—亚硝酸盐型反硝化除磷菌的应激代谢机制及工艺关键因子调控（52060013）； 兰州市人才创新创业项目——城市污水处理厂蓝铁矿法高效磷回收研究（2019-RC-109）；
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磷是组成生命物质不可缺少的元素之一,因其不挥发性,在自然界中呈现从陆地到海洋的单向直线运动,由此导致的水体富营养化和全球磷资源短缺问题成为水处理领域研究的重点与热点。污水生物营养物去除（biological nutrient removal,BNR）系统的过曝气不仅造成能源的无端浪费还会引发系统失效及出水磷不达标等问题。本研究建立了一种磷酸铵镁（MAP）化学沉淀法耦合低耗主流BNR工艺,通过考察不同条件下系统的生物除磷同步磷回收性能,评价了长期化学侧流磷回收耦合低耗主流BNR工艺高效生物除磷同步磷回收的可行性并确定了最佳运行参数;结合主流生物处理工艺微生物群落结构变化及功能微生物代谢转变机制分析了工艺生物除磷性能和磷回收效能下降的主要原因,为该工艺的实际应用提供了理论支撑和数据支持,也对我国实现碳达峰和碳中和目标具有一定的指导意义。研究主要获得以下结果:一、低溶解氧（dissolved oxygen,DO）不影响BNR系统的稳定除磷,即使超低DO浓度(0.1mg·L-1)条件下出水总磷仍能100%达到一级A排放标准,BNR系统的低耗高效除磷可行,且较低DO具有污泥减量作用;化学沉淀法能够促进耦合工艺过曝气主流BNR系统的稳定生物除磷性能且在较长时段（107d）内未出现失效现象,在最佳反应条件下,侧流反应池生成以鸟粪石为主、混合磷酸镁结晶体的磷回收产物。二、长期实施化学沉淀侧流磷回收策略,主流过曝气BNR系统对COD和氨氮的去除影响甚微,总氮去除效率则因厌氧段反硝化能力增强而逐步提升;随着侧流频次增多,聚磷菌（polyphosphate accumulating organisms,PAOs）的厌氧释磷和好氧吸磷能力逐渐下降,特别是提取1/2厌氧上清液会导致主流系统逐步失去稳定高效除磷优势,为保证同步除磷及磷回收,可采用间歇提取或适当降低侧流比方案;长期提取厌氧上清液进行磷回收有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大。三、低溶解氧(DO=1.0mg·L-1、0.6mg·L-1、0.2mg·L-1)和侧流比（m=0、1/4、1/3、1/2）对COD和NH4+-N的去除效果影响不大,但主流BNR系统TN的去除性能因同步硝化反硝化能力增强而提高;尽管系统释磷能力随着DO的降低有所下降,但DO=1.0mg·L-1和0.6mg·L-1阶段的除磷性能稳定高效;DO≥0.6mg/L的条件下,较高的侧流比可获得较高的磷回收效率,但鉴于工艺运行的可靠性和出水水质的稳定性,确定DO浓度为1.0 mg·L-1、侧流比为1/3为最佳工艺条件。四、相比进水C/P值,碳源量和磷源量是影响主流低耗BNR系统生物除磷性能的主要因素,而对主流低耗系统的TN去除影响不大,出水TN能稳定满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A要求;高释磷量对侧流磷回收更加有利,C/P=400/8时磷回收潜能及主流低耗BNR系统出水达标情况理想。五、厌氧侧流磷回收工艺对常温（22±1℃）和低温（14±1℃）条件下主流系统氮素和COD的去除性能影响甚微,但常温系统在实施侧流磷回收过程中的生物除磷性能更稳定;常温低耗BNR系统与低温系统在磷回收潜能方面的差异不大,但考虑到主流BNR系统的稳定性,在低温低耗运行的BNR系统中实施侧流磷回收策略是不利的。六、采用分子生物学手段对长期侧流磷回收前后低耗主流BNR系统内微生物种群结构变化的解析发现,微生物种群丰富度在长期侧流提取前后未发生大的变化,而群落结构则更不均匀;对微生物属水平细菌的分析发现,PAOs的优势菌属Candidatus Accumulibacter及硝化螺旋菌属Nitrospira在长期侧流提取后数量降低,而另一些潜在的、具有除磷和脱氮能力的菌属如Dechloromonas（脱氯单胞菌属）和Flavobacterium（黄杆菌属）则有所上升,说明侧流磷剥夺很大程度上改变了主流低耗系统微生物种群结构并佐证了主流系统除磷性能变化的根本原因。
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