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人工快速渗滤系统(CRI)作为一种污水生物处理新技术,具有节能,运行成本低,工艺简单等优点,对污水中的氨氮,有机物(COD)和悬浮物具有良好的去除作用,去除率可达90%以上,对于我国小城镇生活污水和受污染地表水的处理具有重要的研究应用价值。但据研究发现,CRI系统因其下部缺乏反硝化碳源,缺氧环境和反硝化细菌,且系统内硝态氮所带电荷与渗滤介质所带电荷相同,易随水流迁移出系统等问题,导致其对总氮(TN)的去除效果较差,去除率仅为10%-30%。为降低CRI系统尾水TN浓度,研究者们通过改变CRI系统填料结构,进水方式,利用抑制剂实现短程硝化及调节干湿比等方式取得了一定的效果,但由于仍存在操作工艺复杂,实验可控性差,对污染物去除机理的微观研究相对欠缺,未对污水进行资源化利用等局限,而难以有效推广。因此,为克服传统CRI系统改进方式存在的局限,有效降低CRI系统尾水TN浓度,本文将从以下两方面进行研究:(1)增加系统缺氧环境和硝态氮停留时间,即通过构建饱水CRI系统模拟柱,利用饱水CRI系统具有操作简单,可控性强,去除效果稳定,能为反硝化菌提供适宜生长环境和电子受体等优势,对传统CRI系统尾水进行深度处理;(2)资源化利用传统CRI系统尾水,即通过构建小球藻生物反应器,利用小球藻系统具有高效低耗、适用性强,能够同化氮、磷等污染物质等优点,且与饱水CRI系统相比,具有占地面积小,成本低廉,能使污水资源化利用等优势,对传统CRI系统尾水进行净化处理。此外,由于传统CRI系统尾水具有硝态氮含量高,COD含量低的特点,且考虑到碳氮比是影响污水生物处理工艺性能的重要因素,为获取较好的处理效果,本文着重研究了进水碳氮比对饱水CRI系统和小球藻系统污染物去除及自身生物特性的影响情况。其中,为获取适宜小球藻在CRI系统尾水中生长并进行高效脱氮的培养条件,本文首先通过配制传统CRI系统模拟尾水,研究了营养方式协同碳氮比对小球藻系统去除模拟尾水污染物性能及小球藻生物量和生长动力学变化特征的影响;然后,探索了小球藻系统在实验得出的培养条件下对灭菌(紫外灭菌)和未灭菌传统CRI系统尾水污染物的去除性能;最后,对比分析了饱水CRI系统和小球藻系统处理传统CRI系统尾水性能的优缺点,以期为有效降低CRI系统尾水TN浓度,为利用高硝态氮污水(高达49 mg/L)培养小球藻以及为缓解水体富营养化问题提供实验参考。得出结果如下:(1)通过研究进水碳氮比对饱水CRI系统去除尾水污染物性能和生物特性的影响得出:(1)提高进水碳氮比可以增强饱水CRI系统脱氮性能,当进水碳氮比为5:1时,出水TN平均浓度仅为14.74 mg/L,能够满足国家城镇污水排放一级A类(GB18918-2002)标准(TN≤15 mg/L);(2)进水碳氮比的增加有利于促进系统内反硝化菌的增殖,且反硝化菌数量越多,系统污染物去除性能越强;(3)进水碳氮比的增加有利于促进饱水CRI系统内生物膜胞外聚合物浓度的增加,从而有利于增强微生物细胞稳定性和对环境的抵抗能力。因此,当进水碳氮比为5:1时,饱水CRI系统对传统CRI系统尾水污染物具有良好的去除效果。(2)通过研究营养方式协同碳氮比对小球藻系统去除模拟尾水污染物性能和小球藻生物特性的影响得出:(1)混养培养方式有利于强化小球藻系统的脱氮性能,当实验运行到第9天时,初始碳氮比为3:1和5:1的小球藻系统中剩余TN浓度分别20.86 mg/L和19.51 mg/L;(2)混养培养方式有利于系统内小球藻生长和增殖,当初始碳氮比≤3时,小球藻系统中小球藻细胞油脂、蛋白质和碳水化合物积累更显著。综上可知,为使小球藻系统具有较好的脱氮性能和回收价值,且从节约碳源的角度出发,则应选取混养培养方式,初始碳氮比为3:1和水力停留时间为9天作为小球藻系统资源化利用传统CRI系统尾水实验的培养条件。(3)在实验得出的培养条件下,通过研究小球藻系统处理灭菌和未灭菌尾水性能得出:(1)在相同培养条件下,以未灭菌尾水作为进水的小球藻系统对尾水硝态氮和TN的去除效果更好,平均去除率分别为45.22%和41.52%,以灭菌尾水作为进水的小球藻系统易产生亚硝态氮的积累;(2)两小球藻系统对尾水COD的平均去除率均在60%以上;(3)由于受传统CRI系统尾水的影响,以未灭菌尾水作为进水的小球藻系统出现小球藻凝聚结块的现象,而以灭菌尾水作为进水的小球藻系统则出现小球藻生长缓慢的现象。综上可知,与小球藻系统相比,饱水CRI系统对尾水污染物的去除效果更好,当进水碳氮比为5:1时,出水TN和COD平均浓度均能满足国家城镇污水排放一级A类(GB18918-2002)标准(TN≤15 mg/L,COD≤50 mg/L)。虽然受传统CRI系统尾水影响,小球藻生长状况不理想,但与饱水CRI系统相比,小球藻系统仍具有碳源消耗低,占地面积小,能使尾水在净化的同时被资源化利用等优势,且小球藻系统对未灭菌尾水硝态氮的去除率能达到45%以上,说明利用小球藻资源化处理高硝态氮(49 mg/L)污水仍具有良好的研究潜力。