论文在全面综述生物除磷脱氮理论和技术的基础上,分析课题组前期研究得出的侧流除磷反硝化除磷系统A2N-P-SBR具有优异除磷脱氮效果和低污泥产率、长污泥龄等特性,认为在侧流除磷反硝化除磷系中,由于除磷方法的改变导致污泥龄的控制将有别于传统生物除磷系统。为此,论文采用调控污泥龄的手段系统研究了污泥龄对反硝化聚磷系统的影响,进一步利用微量热仪测定了不同泥龄系统生物除磷周期的能量变化趋势。在对碳源利用情况分析的基础上,从能量和物质转变角度跟踪测量生物除磷脱氮系统碳的转化、循环过程,揭示了侧流除磷反硝化除磷系统低需氧、低污泥产率和良好脱氮除磷效率的内在原因。研究结果表明:①侧流除磷反硝化除磷系统A2N-P-SBR随着污泥龄SRT增大出水COD浓度降低。出水总磷浓度无差异,去除率在93%以上,生物除磷脱氮系统污泥龄的取值可以单纯由生物脱氮系统决定。出水氨氮、总氮浓度先迅速降低后趋于平稳。随SRT越长除磷脱氮SBR中滞留的微生物越多,平均污泥浓度越高。且污泥容积指数SVI增加,沉降性能增强。污泥含磷量越大。当SRT为32d和64d时,A2N-P-SBR中除磷脱氮SBR厌氧段释磷效果和缺氧段反硝化效果最好。当SRT小于32d,反硝化除磷反应器COD吸收量随泥龄增大而增大;当SRT大于32d,COD吸收量随泥龄增大而减小。综合各污染物出水浓度、除磷脱氮SBR各个阶段脱氮除磷速率和污泥沉降性能,得出污泥龄大于32d处理效果好。污泥龄为32d时处理效果最好;污泥龄为160d时排泥量最小,污染物去除效果也较好。②除磷脱氮SBR厌氧段释磷后先进行长时间的缺氧再好氧,既可以为DPB提供良好生存环境,也能大大促进好氧聚磷效果。缺氧段的吸磷和脱氮过程均能在50min内完成,说明完全可以缩短缺氧段的反应时间,但时间缩短后是否会影响DPB的活性和优势菌的地位需要进一步试验。缩短反应周期后,硝化SBR反应时间为5h时,反应器最佳溶解氧可控制在1.0mg/L~1.5mg/L,此时氨氮能被彻底氧化同时耗能少,微生物也可以避免进入内源呼吸期状态。③随SRT越长除磷脱氮SBR污泥产率系数Ys越低。当污泥龄大于32d后反硝化除磷系统的Ys在0.2以下,远远低于传统生物除磷脱氮系统的0.4~0.5,说明侧流除磷反硝化除磷系统的具有低污泥产率的特点。④乙酸作为碳源时反硝化除磷系统摩尔产热量是传统生物除磷方式的两倍。传统生物除磷方式中,好氧阶段放热量远远大于厌氧阶段,通过对总放热量的分析计算得到传统生物除磷系统自身衰减系数Kd为0.02。反硝化除磷系统中随污泥龄SRT越长,厌氧段达到放热峰值的时间越短。同时SRT与放热值K(ΔGR)之间存在良好的线性关系,SRT越长K(ΔGR)越高,用于细胞物质合成的能量越少微生物增殖缓慢,污泥产率系数越低。当SRT为常见的20d时,放热量为104.59kJ/mol e-。放热量和表观污泥产率系数的变化非常接近,两者有密切关系。反硝化除磷系统总放热量略大于理论放热量,说明缺氧段微生物将厌氧段贮存的能量利用完全后,继续利用其他碳源如死亡的细胞或者内碳源继续进行反硝化而放热,氧化还原反应很彻底,系统已无剩余的热量为细菌繁殖所用,这是反硝化除磷系统污泥产率低的根本原因。课题研究成果不仅揭示了污泥龄对侧流除磷反硝化除磷系统的影响方式,同时可以为反硝化除磷技术的应用提供生物能学及热力学参考。课题研究得到国家自然科学基金项目(50278101)与国家水体污染控制与治理重大科技专项(2009ZX07315)的资助。