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污水处理过程中提高脱氮除磷效率和降低温室气体N2O释放量是目前污水处理工艺面临的两个重要问题。多级AO工艺通过间歇曝气不仅节约了曝气能耗还提高了脱氮效率,分段进水多级AO工艺避免了有机碳在好氧段被氧化的弊端,提高了碳源利用效率,进一步提高了脱氮效率,因此分段进水多级AO工艺在污水处理方面有明显的优势。本文以多级AO工艺为研究对象,不同进水方式为比较手段,研究了分段进水和单点进水模式下多级AO工艺脱氮除磷性能以及N2O产生和释放特性,同时从微生物学角度解析造成分段进水和单点进水脱氮除磷效率以及N2O释放差别的机理,并对驯化过程中两反应器内微生物群落结构的动态变华进行了微观的分析研究。采用多级AO与分段进水AO工艺,运行两套体积为6 L的SBR,反应器每天4个周期,一个周期为6小时,控制污泥龄为15 d。反应器运行稳定后,研究两套反应器在典型SBR周期内的运行状况。根据长期和周期运行检测结果,对比两反应器的污染物去除效果和去除特征。试验采用低C/N污水,进水化学需氧量(COD)为 200 mg/L,氨氮(NH4+-N)为 40 mg/L 磷(PO4-P)浓度为 10 mg/L。结果显示:多点进水和单点进水反应器的出水氨氮、磷酸盐和亚硝酸盐氮浓度都较低,硝酸盐浓度较高,且多点进水反应器出水硝酸盐氮明显低于单点进水反应器;单点进水与多点进水反应器的溶解性总氮去除率分别为88.38%和75.80,多点进水反应器较单点进水反应器降低了 14.24%。两种进水模式下,磷酸盐去除率均达到97%以上。在相同条件下,分段进水多级AO系统通过改变进水模式实现了高效脱氮,TN去除率比AO系统提高了 18.7%。分段进水多级AO系统活性污泥经过长期驯化,NOB活性明显受到抑制,系统发生短程硝化反硝化和同步硝化反硝化,且主要利用内源碳源进行反硝化,外源碳源反硝化活性较低。分段进水多级AO工艺在提高系统脱氮效率的同时,明显降低N2O的产生和释放。相对于单点进水条件下驯化的活性污泥,分段进水条件下驯化的活性污泥NOB活性明显受抑制,且反硝化活性较强,因而脱氮效率较高。硝化过程和反硝化过程的N2O产生和释放量均较低,同步硝化反硝化过程的N20产生和释放较高。多点进水条件下驯化的活性污泥N2O释放量和释放率略高于单点进水条件下驯化的活性污泥N20释放量和释放率。投加亚硝酸盐会导致N2O产生量和释放率升高,且亚硝酸盐对内源碳源反硝化过程影响最大。菌群结构分析表明,活性污泥中的微生物主要是Proteobacteria (变形菌门)、Bacteroidetes (拟杆菌门)和Planctomycetes (浮霉菌门),其中变形菌门是活性污泥中最丰富的门。Nitrosomonadaceae科中未鉴定出的菌属和Nitrospira(硝化螺菌属)是主要的硝化功能菌属;Azonexu和Dechloromonas是主要的反硝化功能菌属;Acinetobbacter和Dechloromonas是最主要的除磷功能菌属。