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我国经济可持续发展面临着水资源匮乏和能源危机两大难题。对城镇污水处理厂二级出水进行深度净化,可从源头上遏制水体富营养化,实现污水的再生利用。利用藻类水处理技术不仅能高效脱氮除磷,获得的藻类生物质也是一种替代化石燃料的清洁与可再生能源资源。本文首先采用小颤藻、水华鱼腥藻和斜生栅藻三种藻类膜深度净化城市污水,优选出对污水净化效果好以及挂膜稳定的藻种,并初步研究曝气量对藻类去除能力的影响,然后再将收集的藻类生物质与猪粪混合进行共发酵产沼气研究。主要研究结论如下:(1)水华鱼腥藻对NH4+-N和TP的去除效果最好,去除率分别达到98.9%和99.2%,小颤藻对NH4+-N和TP的去除率分别为96.2%和90.5%。在实验过程中,小颤藻极易附着在载体上,形成的藻类膜最为稳定,因此小颤藻优选为最佳挂膜藻种。(2)曝气能够促进藻类膜生长和脱氮除磷效果,最佳曝气量为1.0 L/min,此时藻类膜对NH4+-N和TP的去除率达到98.9%和95.5%。(3)猪粪与藻类混合质量比对混合原料共发酵产沼气量以及甲烷产量有较大影响,混合原料比例为2.0时,混合原料中营养物质达到最佳的平衡状态,粪藻混合发酵产气效率最佳。通过生物产甲烷潜力的研究,各个混合比条件下都遵守Cheynoweth方程且相关系数(R2)都大于0.97,由此该方程能较好地反映粪藻混合厌氧发酵过程中产甲烷的规律。(4)酸、碱和热处理后,藻类的溶解性COD浓度均有所增加,且热处理20 min后的溶解率达到最大值。三种预处理技术均能提高粪藻混合厌氧发酵的沼气产量以及甲烷产量,其中热处理的沼气产量和甲烷产量最大值分别达到4235 m L和2772 mL,相比于对照组分别提高了31%和43%,且甲烷累积产量也达到最大值256 m L/gVS。由此可知,三种处理技术中,热处理的效果最佳。