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我国南方地区普遍存在城市污水碳源不足的现象，且大部分地区秋冬季节处于低温的环境，导致大多数城市污水厂采用传统生物脱氮工艺处理这种低碳氮比（C/N<5）和低温（水温<15℃）污水时，因碳源不足和微生物活性的降低导致脱氮效率不高。而高效脱氮新技术虽有节省外加碳源、简化工艺流程、减少投资运行费用等优势，但由于技术不够成熟还存在很多问题亟待解决。因此，探索和研究经济高效的低碳氮比和低温污水脱氮工艺已经成为研究的热点和难点。本文采用水解-氧化沟城市污水处理中试系统，在现有研究的基础上，通过考察系统在不同低C/N条件下及冬季低温条件下的处理效能，同时对比芦村污水厂三期现有的A2/O工艺的脱氮效果，旨在研究水解反硝化工艺对低碳氮比和低温城市污水的脱氮性能。并以水解池及水厂缺氧池污泥为对象，研究水解反硝化工艺的脱氮机理。中试试验结果表明：当C/N=4.0、3.5、3.0时，系统对TN的平均去除率分别为65.4%、66.9%、57.5%，表现出较好的脱氮性能。在C/N=4.0、3.5条件下，出水TN在6.011.0mg/L，低于一级A排放限值；在C/N降至3.0时，因水解池中碳源缺乏而导致水解反硝化脱氮不彻底，从而导致系统出水TN浓度高于一级A排放标准。另外，在各C/N条件下，系统对NH4+-N、COD、TP及SS的去除效果变化不大，平均去除率分别为98.1%、81.3%、73.4%及82.3%，表明系统受低碳氮比影响较小，在碳源不足时仍具有较好的处理效能。在冬季低温条件下（水温13℃），系统对TN、NH4+-N、COD、TP及SS的平均去除率分别达74.0%、96.6%、93.4%、91.9%及96.9%，系统在不需要外加碳源的条件下表现出较好的去除效果，在相同的进水条件下，甚至优于水厂A2/O工艺外加碳源时对TN的去除效果。水解反硝化工艺的脱氮机理试验结果表明：在各碳氮比和各温度条件下，水解池污泥的比反硝化速率和COD利用效率均高于缺氧池污泥，并且碳氮比和温度越低其优越性越显著，验证了水解反硝化工艺对低碳氮比和低温城市污水具有较好的脱氮效果。在C/N=3.0时，水解池污泥的比反硝化速率为缺氧池污泥的1.7倍，而去除单位NO3--N所需消耗的COD量仅为缺氧池污泥的2/5，在温度为8℃时则分别为2.3倍和3/5。另外，试验还表明了，水解过程中中同时进行反硝化会促进水解反应的进行，且反硝化速度越快促进作用越明显。通过水解和反硝化的协同作用和耦合作用，可以实现工艺的高效脱氮。文章最后还考察了具有水解反硝化能力的水解池中的颗粒污泥特性。本文试验结果表明，水解反硝化工艺具有良好的脱氮性能，对城市污水厂处理低碳氮比和低温污水具有一定的指导意义和参考价值。