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城市污水厂二级出水未经进一步处理直接排放会导致水体富营养化并可能引发一系列水安全问题。传统的活性污泥法虽对含氮磷污水有一定的处理效果,但仍存在成本高效率低下的问题,更严重的是在处置后会产生具有二次污染的化学污泥。目前藻菌共生系统处理污水以及生物质生产是当前研究的热点,是基于异养细菌和光合微藻之间的共生作用。该微生物系统具有操作简单,处理效果好,无二次污染的特点。将藻菌共生系统用于处理城市二级出水,为以废治废,节约能源和污水治理开辟了一条新思路。本研究对比了四种生物培养物处理二级出水的效果和生物质组成,验证了藻菌共生系统在处理二级出水和生物质生产上的优势。以此为基础,调节藻泥混合比例、光照强度、光暗比、曝气量、CO2曝气比例等运行条件来探索藻菌共生系统的最佳工艺。并将藻菌共生系统扩大培养至跑道池光生物反应器中,进行间歇运行和连续运行实验,进一步提升二级出水处理效率,保证反应器运行的稳定性。四种培养物的对比实验中,藻菌共生系统可以第4天将二级出水处理到满足景观回用水的标准。以此为基础探索在柱状光生物反应器中构建的藻菌共生系统处理二级出水的最佳运行条件为藻泥混合比例5:1,曝气量0.6 L/min,CO2曝气比例5%,光照强度7000 lux,光暗比12 h:12 h。在此条件下运行,对二级出水处理效率进一步提高,水力停留时间缩短至2 d。将最佳工艺条件应用在跑道池光生物反应器中,间歇运行对于二级出水的水力停留时间缩短至0.5 d,对COD、TP、TN和NH3-N的去除率达92.58%,95.62%,94.16%和91.24%。连续运行在水力停留时间设定为2 d情况下,COD、TN、NH3-N、TP去除率一直稳定在80%左右。藻菌共生系统对于二级出水中有机物和氮磷均具有较高去除率,具有更高的蛋白质以及油脂产出。曝气量、CO2曝气比例、光照强度和光暗比可显著影响藻菌共生系统处理二级出水。对污染物去除主要集中在光照阶段,光照阶段平均去除率为80%,黑暗阶段则要下降20%;该体系可以使进水COD为100150 mg/L、TP为35 mg/L、TN为2030 mg/L、NH3-N为1020 mg/L的二级出水分别降低到50 mg/L、1 mg/L、15 mg/L和5 mg/L以下,实现了对二级出水中氮磷及有机物的高效去除和反应器的稳定连续运行。为藻菌共生系统处理二级出水的实际工程提供了理论和数据基础。