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随着我国农村地区经济、社会的快速发展,在人们的日常生产和生活中产生了大量农村污水。因具有处理效果好、单位体积填料的活性微生物量大、抗冲击负荷能力强、无污泥膨胀和运行管理方便等优点,生物膜法处理系统在农村污水处理中得到了广泛的应用。作为微生物附着和生长的载体,填料是生物膜法污水处理系统的核心组件,直接影响污水污染物的去除效率。目前,在生物膜法污水处理系统中应用较多的填料为无机填料。现有的很多无机填料存在生物亲和力差、微生物附着量低且密度大等缺点,且大多采用粘土为原料并通过烧结工艺制备而成。无机填料的制作成本高、能耗大,耗用较多的粘土等资源,且在高温条件制作过程中,填料表面易结釉,不利于增加其比表面积。针对以上问题,本论文采用免烧结工艺,制备新型微生物高富集密度填料。与常规无机填料相比,新型填料比表面积大,能够附着更多的微生物,且制备原料为废弃物,价廉易得,制备过程能耗低。研究结果可为新型填料在生物膜法污水处理系统中的应用提供一定的科学依据和技术支撑。本论文以粉煤灰、脱水污泥、水泥、氧化钙和铝粉为原材料,采用免烧结工艺,制备新型微生物高富集密度填料。分别通过单因素实验和正交实验优化原料添加量和蒸汽养护温度等制备工艺参数;采用SEM、XRD等分析方法对填料的各种物理、化学性能指标进行表征;将新型填料应用于曝气生物滤池（BAF）系统,以农村污水为处理对象,并以常规陶粒填料作对照,考察新型填料BAF系统的挂膜特性和对污染物的去除效果,研究HRT、气水比和反冲洗对BAF运行性能的影响;基于高通量测序技术,分析新型填料BAF系统的微生物群落结构变化,通过BAF系统微生物群落结构、污染物去除效果和运行参数的关系分析,初步探讨污水污染物在新型填料BAF系统中的去除机理。优化后最佳制备原材料配比为:脱水污泥15%、氧化钙5%、水泥25%,粉煤灰55%、铝粉0.02%,最优制备工艺参数为:蒸汽养护温度90℃,蒸汽养护时间12 h。在最佳原材料配比和最优条件下制备的新型填料性能指标参数为:堆积密度730 kg/m3、表观密度1258 kg/m3、筒压强度1.7 MPa、比表面积21.3 m2/g、空隙率42%、吸水率22%、盐酸可溶率1.8%,各项指标符合或优于《水处理用人工陶粒滤料》（CJ-T 299-2008）中的相应指标标准。在进水COD浓度为117202 mg/L、HRT为18 h、气水比为10:1的条件下,新型填料BAF系统在第25 d成功实现启动。在启动期间,新型填料和对照填料表面生物膜量分别为102 mg/g和82 mg/g。在HRT为6 h、气水比为7:1的条件下,新型填料BAF系统达到最佳污染物去除效率,对COD、NH3-N和TN的去除率分别达74%、73%和32%。反冲洗周期确定为4555 h,其对新型填料BAF系统的COD去除效果的影响较小,而NH3-N的去除效果在反冲洗完成后15 h即完全恢复。新型填料BAF系统内进水沿程方向的COD浓度呈逐渐降低趋势,pH呈先增加后降低趋势,DO浓度呈先降低后增加趋势,NH3-N和TN浓度逐渐下降,NO2-N和NO3-N浓度先增加后降低,生物膜量逐渐减少,而生物活性则逐渐增加。经济性评估结果表明新型填料的制备成本为566元/m3,大大低于常规烧结陶粒填料的制备成本（9001200元/m3）,具有明显的经济优势。采用高通量测序技术分析新型填料BAF系统的微生物群落结构变化,结果表明:新型填料自身成分、性质复杂,对微生物的选择性作用较对照填料强,且新型填料比表面积大,附着了更多的微生物,表面生物膜更厚,好氧和缺氧环境的同时存在使得新型填料BAF系统底部的微生物多样性较对照填料BAF系统更好。但由于新型填料的理化特性改变了微生物的生存环境,且其自身的Ca2+、Fe3+等微量元素成分参与微生物代谢,耐受性差的微生物在此过程中则被淘汰,致使新型填料BAF系统中部和上部多样性不及对照填料BAF系统。在门分类水平下,变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是所有生物膜样本中最占优势菌门,二者在各生物膜样本中相对丰度均分别大于50%和10%。在属分类水平下,丝硫菌属（Thiothrix）、独岛菌属（Dokdonella）和奥托氏菌属（Ottowia）是各生物膜样本共有的优势菌属,而多囊菌属（Polyangium）是新型填料BAF独有的优势菌属,在各生物膜样本中的相对丰度分别为0.34%、28.17%、17.29%、0.45%、0.78%和0.69%。多囊菌属很少作为优势菌种出现在污水处理系统中,可见应用了新型填料的BAF系统对微生物种类具有一定的选择性作用,对功能微生物丰度具有一定调节作用。