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为应对城镇污水厂提标改造需求,解决因进水低C/N所导致的TN去除效果不佳的问题,采用天然纤维素类农业废弃物为外加固体碳源,是强化生物脱氮效果的有效技术手段之一。但未经预处理的天然纤维素类固体碳源含有不易被分解利用的成分,因此需要对固体碳源进行预处理,提高其释碳性能。本研究以玉米芯为外加碳源及生物载体,构建以农业废弃物为固体碳源的SC-MBBR生物脱氮工艺。从“预处理-运行-补充”全过程对固体碳源反硝化工艺进行了系统研究,为固相反硝化技术的发展和应用提供了技术支撑和理论依据。分别以2%硫酸、1.5%氢氧化钠对玉米芯进行预处理,并对预处理前后玉米芯的物化性质、释碳规律及反硝化潜能(DP)进行试验研究。酸处理对半纤维素有明显的降解效果,半纤维素组分含量下降了 47.40%,碱处理对纤维素和木质素组分含量均具有较强的影响,其中纤维素组分含量上升了 48.83%、木质素组分含量下降了 51.26%。酸、碱预处理后玉米芯释碳能力分别提高了 30.93%、46.41%,反硝化潜能DP(249.34 mgNO3-N/g)>DP 酸酸(219.98 mgNOO3-N/g)>DP原(121.93 mgNO3-N/g)。综合考虑,碱预处理对玉米芯的释碳性能的促进作用最佳。以碱处理玉米芯为外碳源和生物膜载体,构建SC-MBBR生物脱氮系统。分析比较了最佳碳源投加量和初始污泥浓度(MLSS),在最佳的碳源投加量150 g和初始MLSS 4 000 mg/L 条件下,出水 COD、TN、氨氮浓度分别为 32.34 mg/L、2.72 mg/L、0.43 mg/L,TN、氨氮去除率分别稳定在92%、98%左右。应用高通量测序技术,分析了进水C/N分别为3:1、5:1、8:1时微生物组成变化,考察系统中微生物之间的协同代谢机制。随进水C/N的提高,有机物相对充足,微生物对外碳源的需求量减少,前期占据优势的具有纤维素降解作用的固氮弧菌(Azoaarcus)、黄杆菌(Flavobacterium)、纤维弧菌(Cellvibrio)等逐渐被具有降解有机物及脱氮功能的极地杆菌属(PorZibbacter)、德沃斯氏菌属(Devosia)、Saccharibacteria_genera_incertae_sedis等菌属替代。对长期运行的SC-MBBR系统,考察了固体碳源的补充和替换方式。综合运行时间、达到稳定所需时间及出水TN去除情况,认为补充50g(即1/3碳源投加量)挂膜熟料为最佳碳源补充方式,系统稳定后出水COD、TN分别在30～35 mg/L,2～3.5 mg/L,平均TN去除率为90.21%;已失效碳源可采用熟料全部替代,替换后SC-MBBR脱氮系统可快速达到稳定。