“活性污泥低氧微膨胀节能技术”是由本课题组彭永臻教授首次提出的一种既节能又保证出水水质的新技术，其更新了解决污泥膨胀问题的思想和观念，对降低污水处理能耗和运行费用有重要意义。短程硝化技术是近年来活性污泥法节能降耗领域研究的热点，低溶解氧是实现短程硝化的有利因素之一，探索常、低温条件下实现和稳定维持短程硝化的方法和策略对于该技术广泛应用于工程实践有重要意义。因此，为实现污水的高效节能处理，本课题主要进行了低氧微膨胀和短程硝化耦合节能技术的基础研究。 首先采用小试SBR工艺以人工配水为底物，对丝状菌与菌胶团竞争关系进行了深入研究；在此基础上采用小试A/O(缺氧-好氧)工艺处理实际生活污水，研究了污泥微膨胀的启动和稳定维持的方法以及微膨胀状态下污染物的去除特性。此外，为实现污泥微膨胀和短程硝化技术的耦合，在小试SBR工艺中通过处理生活污水，研究了短程硝化的常温启动和低温下的稳定维持以及低溶解氧对污泥沉降性的影响。 在采用小试SBR工艺对丝状菌与菌胶团竞争关系的研究中，重点考察了溶解氧、进水方式、运行方式对丝状菌和菌胶团竞争的影响。试验发现，前置缺氧的运行方式对遏制污泥膨胀有重要作用，而全程好氧的运行方式极易导致污泥恶性膨胀。前置缺氧运行、短时进水条件下，单纯降低溶解氧不易导致污泥膨胀；当低氧与长时间进水因素相互协同作用时，活性污泥SVI值会出现小幅上升，可见延长进水时间降低了底物浓度梯度，不利于污泥沉降。而全程好氧反应器中，不管短时进水还是长时进水，均出现了严重的污泥膨胀，SVI一度高于500mL/g。采用常规镜检和染色试验，并结合FISFI技术，对膨胀期间的优势丝状菌进行了鉴定。发现全程好氧短时进水时优势丝状菌为021N型，而长时进水时优势丝状菌为021N和0041型丝状菌。前置缺氧运行条件下，随进水时间延长，PHA(Polyhydroxyalkanoates)合成量逐减降低，除磷效率和PAOs(PhosphateAccumulating Organisms)的相对数量呈下降趋势，可见除磷效果的强化有利于污泥沉降性的提高。 在小试连续流A/O工艺处理实际生活污水的研究中发现，单纯降低DO浓度或者采取低溶解氧协同低负荷方法均可实现污泥微膨胀，但低氧协同低负荷的方法启动膨胀后微膨胀状态难以控制，需及时将系统的污泥负荷调回正常范围。在低溶解氧条件下，为保证A/O系统不仅能稳定维持污泥微膨胀状态，而且能达到一定的氨氮去除率，不同负荷下应采用不同的DO。在微膨胀状态下，A/O系统的COD、氨氮和总氮的平均去除率分别为85％、70％和68％；由于丝状菌具有对出水悬浮物具有较强的网捕作用，微膨胀状态下出水清澈，出水浊度大多在2NTU以下。A/O系统在低溶解氧下了实现较为明显的同步硝化反硝化，可去除10％～25％的氮。对低溶解氧污泥微膨胀系统中的微生物种群进行了鉴定，发现A/O系统在低溶解氧下运行优势丝状菌主要为0041型及微丝菌。 如何在常低温条件下实现和稳定维持短程硝化是短程硝化节能技术应用于实践的瓶颈，本文研究发现可首先在常温下对好氧曝气时间进行实时控制，实现亚硝态氮的积累，同时使得AOB成为优势种群，然后逐渐降温使AOB适应在低温下生长，从而维持稳定的短程硝化，亚硝化积累率始终高于90％。由FISH检测结果可知，短程硝化得到稳定维持后，AOB(Ammaonia-oxidizing Bacteria)得到了富集，而NOB(Nitrite-oxidizing Bacteria)的活性则始终受到抑制，并被淘洗出系统。降低温度和溶解氧浓度，比氨氧化速率也随之降低。但在短时进水条件下，低DO并没有导致污泥沉降性的明显下降，反而提高了短程硝化系统的SND率及总氮去除率。通过优化进水时间和溶解氧浓度，有望在今后实现污泥微膨胀和短程硝化的耦合节能技术。