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随着人民生活水平的日益提高和城市化进程的不断加深,城镇生活污水的水量逐渐增加,复杂程度提高,许多生活污水呈现出低碳氮(C/N)比的趋势;同时,由于人们对环境问题的重视程度日益提高,对生活污水厂的排放要求也随之提高,因而传统的城镇污水处理工艺也越来越无法满足要求。城镇污水处理厂由于资金来源有限,且对运行成本又异常敏感,因此对于低C/NL比城镇污水处理厂而言,探索一种高效节能、低成本、无二次污染、简单且出水稳定的工艺迫在眉睫。本文针对传统低C/N比城镇污水处理存在的问题,以本课题组自主研发的铁基质生物载体为填料,通过将催化微电解与生物处理相结合,提出铁基质耦合生物载体处理低C/N比城镇生活污水类A/O(缺氧/好氧)新工艺。该工艺通过先好氧后整体的启动方式,59～67天内挂膜成功,实现启动,出水总氮(TN)为20.32土1.73 mg/L,总氮平均去除率为73±1%。在研究了该工艺在不同的溶解氧、回流比、水力停留时间(HRT)下的处理效果,确立了该工艺最适合的运行工况:溶解氧为3.5 mg/L左右,回流比5.5:1,缺氧反应器HRT为4小时,好氧反应器HRT为6小时,并在最佳工况下连续运行,出水总氮的均值在8.92±2.94mg/L,系统的平均脱氮效率为87±4%,出水化学需氧量(COD)的21.20±10.52mg/L,COD的平均去除率为88±6%,有机碳(TOC)的平均去除率为84±7%,出水总磷浓度为0.20±0.11mg/L,平均去除率为94±2%,SPASS相关性分析结果表明系统具有很强的抗TN和COD负荷冲击的能力。同时体系内缺氧反应器的出水平均pH值为8.03±0.16,好氧反应器出水平均pH值为7.39±0.29,均能较好的满足硝化和反硝化需求。出水的各项指标都能够符合国家《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 A 标准。通过对实验装置内部不同位置和载体的微生物群落分析表明:该体系内,载体的不同类型和环境浓度的差异均会造成体系内不同位置处微生物群落组成的显著差异;铁基质耦合生物载体对许多脱氮相关的功能菌的生长有明显的促进作用,且能提高整体的生物量;缺氧反应器中存在以Fe2+作为电子受体的铁氧化菌,如Thiobacillus、Ferritrophicum、Acidovorax等菌属,以 Fe3+ 为电子供体的 Geobacter等菌属,表明缺氧反应器内部存在某种以铁作为电子传递媒介,自养和异养型菌共同参与的铁循环体系,通过该循环,提高体系硝态氮的去除效率。在该体系内,尤其是铁基质耦合生物载体表面,大量的自养反硝化菌占竞争优势地位,如Thiobacillus、Denitratisoma、Thauera、Acidovorax、Arenimonas 等菌属。自养反硝化菌Thiobacillus既是该体系反硝化过程主导菌属,也是缺氧反应器中的最优势菌属,在缺氧反应器样本中平均占到整体丰度的31.16%,在缺氧反应器底部铁基质载体样本中高达42.91%。对缺氧反应器反硝化过程进行动力学研究,动力学模型为如下,相关性系数达到 0.90233。C=QCNO3/0.0065AhCNO3-+Q通过对该工艺的运行成本分析,该工艺在实际工程中可将运行费用为1.14元/m3作为参考。运行费用低于目前按二级排放标准运行的污水处理厂。此技术的研发可为城镇污水处理厂提标改造、深度脱氮除磷提供新思路、新工艺,可彻底解决低C/N比生活污水深度脱氮除磷难题。