【摘 要】
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针对采用生物法处理低碳氮（C/N）比农村生活污水时因碳源不足而导致的微生物反硝化作用被严重抑制、脱氮效率低下的问题,本研究采用新型填料缺氧/好氧生物滤池（Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF）对低C/N比农村生活污水进行强化脱氮处理,并且重点考察了新型填料、硝化液回流比（Return ratio of nitrification liquid,RRN）、水力停留时间（Hydra
【基金项目】
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中央级公益性科研院所基本科研业务专项项目“湖泊流域高效一体化农村污水处理装置研发”（2016YSKY-031）；
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针对采用生物法处理低碳氮（C/N）比农村生活污水时因碳源不足而导致的微生物反硝化作用被严重抑制、脱氮效率低下的问题,本研究采用新型填料缺氧/好氧生物滤池（Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF）对低C/N比农村生活污水进行强化脱氮处理,并且重点考察了新型填料、硝化液回流比（Return ratio of nitrification liquid,RRN）、水力停留时间（Hydraulic retention time,HRT）和气水比（Air-water ratio,A/W）对A/O-BF脱氮效能和微生物群落结构的影响;同时,还进行了农村生活污水除磷工艺的比选,确定了最佳除磷方式,最终构建了针对低C/N比农村生活污水的脱氮除磷组合工艺。研究结果表明:（1）与普通砾石填料A/O-BF相比,采用芦竹和活性炭作为缺氧段和好氧段新型填料的A/O-BF对水中NH4+-N和总氮（Total nitrogen,TN）的去除率最高可增加6.60%和41.80%,系统中脱氮菌属（Nitrospira和Denitratisomas）的占比显著提高,硝化功能基因（amo A和Nitrospira 16S r DNA）、反硝化功能基因（nir S和nir K）和厌氧氨氧化功能基因（Anammox）丰度也增加1～2个数量级。优化出200%是新型填料A/O-BF运行过程中最佳RRN,此条件下NH4+-N和TN去除率分别为98.80±2.80%（平均值±标准差,n=10）和78.80%±3.30%。A/O-BF对水中磷的去除作用十分有限,处理后出水中磷浓度不能满足相应污水排放标准,因此需要添加强化除磷装置。（2）相比于好氧段HRT为3.6 h、4.6 h、6.6 h,缺氧段为2.4 h、3.6 h、4.6 h,优化出5.6 h和4.2 h为新型填料A/O-BF好氧段和缺氧段的最佳HRT,此时系统对NH4+-N和TN的去除率分别为99.00±1.00%（n=22）和78.10±4.40%,硝化菌属（Nitrosomonas和Nitrospira）和反硝化菌属（Denitratisoma）的占比最高,硝化功能基因（amo A和Nitrospira 16S r DNA）和反硝化菌功能基因（nos Z、nir S和nir K）拷贝数最大。（3）相比于A/W为4:1和1:1,优化出好氧段最优A/W为2:1,此时新型填料A/O-BF对NH4+-N和TN的去除率分别为99.53±0.67%（n=14）和79.00±3.00%,好氧段中硝化菌属（Nitrosomonas和Nitrospira）占比、硝化功能基因拷贝数（amo A和Nitrospira 16S r DNA）与A/W为4:1时接近并高于1:1;缺氧段中反硝化菌属（Denitratisoma）占比与A/W为4:1时接近并低于1:1,但反硝化功能基因（nar G、nos Z、nir S和nir K）拷贝数却明显高于A/W为4:1时并与1:1时接近。（4）红砖碎块、蛤蜊壳和火山石对磷的吸附均属于多分子层吸附,其中红砖碎块对磷的吸附能力最强。三种填料对磷的理论饱和吸附量大小依次为红砖碎块＞蛤蜊壳＞火山石,分别为22.38、15.61和10.57 mg/kg,因此优选出红砖碎块作为磷吸附填料强化农村生活污水除磷。然而,根据A/O-BF出水核算达标排放所需除磷柱体积巨大且红砖碎块填料需求量较多,实际应用时不便操作且经济成本较高,故采用化学法除磷（聚合硫酸铁）代替红砖碎块柱强化除磷。优化出聚合硫酸铁最优投加量为60 mg/L,在进水TP浓度为2.83±1.05 mg/L（n=7）时,A/O-BF-聚合硫酸铁组合工艺对TP的去除率可达91.27±3.99%,出水TP浓度为0.26±0.17 mg/L,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准限值（0.5 mg/L）。（5）采用新型填料A/O-BF-聚合硫酸铁组合工艺处理实际低C/N比农村生活污水,处理后出水中COD、NH4+-N、TN和TP均可满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A排放标准。综上所述,本研究得到的活性炭-芦竹A/O-BF-聚合硫酸铁组合工艺能强化低C/N比农村生活污水脱氮除磷;优化得到的组合工艺参数条件为:200%RRN、5.6 h（好氧段）和4.2 h（缺氧段）HRT、2:1 A/W和60 mg/L聚合硫酸铁投加量。
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