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我国市政污水普遍呈现出低COD和低碳氮比的特点,常规污水处理工艺难以实现良好的同步脱氮除磷效果,研究和开发适宜低C/N市政污水高效低耗脱氮除磷的新型工艺,已经成为该领域的研究重点。本研究以模拟低COD浓度市政污水为基质,系统研究在A/O/A SBR中培养好氧颗粒污泥及其脱氮除磷能力。主要内容如下:(1)好氧颗粒污泥快速培养及稳定性能调控。在SBR反应器中,以人工配制低浓度COD(300 mg/L)市政污水为进水基质,在周期4 h内以厌氧/好氧/缺氧(A/O/A,85/90/40 min)的运行方式培养好氧颗粒污泥,在有机负荷从 0.82 kgCOD/(m3·d)到 1.2 kgCOD/(m3·d)、沉淀时间从 15 min到3 min过程中,75 d实现系统完全颗粒化,形成黄白两种颗粒污泥共存的状态。通过底部排泥手段,将颗粒污泥粒径范围控制在2-3 mm,系统能够保持较高的脱氮除磷性能并长期稳定运行。(2)黄白颗粒污泥理化特性对比。黄白颗粒污泥表面都分布大量短杆菌和球菌,并含有较多孔隙。白色颗粒污泥粒径较大(3.2 mm左右)、表面光滑、外观形态为球型或椭球型,但内部结构较疏松;黄色颗粒污泥粒径较小(2.1mm左右)、表面较粗糙,外观形态不规则,但内部结构致密。黄白颗粒污泥理化特性明显不同:相比于黄色颗粒污泥,白色颗粒污泥含水率略高(含水率分别为94.23%(黄)、97.08%(白))、比重略低(比重分别为1.042 g/cm3(黄)和1.031 g/cm3(白))、EPS含量和 PN/PS 值更高(EPS 含量:8.88 mg/g MLSS(黄)和 18.48 mg/g MLSS(白);PN/PS 值:0.292(黄)和 0.633(白))。(3)污染物去除性能及机理分析。系统稳定运行后的平均出水COD、TN、TP 浓度分别为 16、13.45、0.21 mg/L,去除率分别为 94.7%、66.4%、97.4%。系统具有良好的厌氧释磷和好氧过量吸磷能力,好氧段发生同步硝化反硝化作用(SND率为47.5%),缺氧段发生反硝化聚磷和内源反硝化脱氮作用,提高了脱氮除磷效果及碳源的综合利用效率。(4)探究优化脱氮除磷性能的方法。延长缺氧时长至165 min(周期6 h)和270 min(周期8 h),TN去除率增加至86.3%、近100%(低于检测线);出水TP浓度都低于检测限,去除率增加至近100%。因此,可以通过延长后置缺氧时长达到高效的脱氮除磷效果。(5)微生物群落结构对比。采用MiSeq高通量测序技术对接种污泥和黄白颗粒污泥微生物群落结构进行分析对比。结果表明:在污泥颗粒化过程中微生物多样性和丰度减少,黄色颗粒污泥的微生物多样性远高于白色颗粒污泥。黄白颗粒污泥中的主要菌群都是能够分泌大量EPS并且具有脱氮除磷作用的相关菌群。黄白颗粒污泥中的优势菌门为Proteobacteria(占比分别为68.93%(黄)、82.98%(白));优势菌纲分别为Gammaproteobacteria(黄,占比为 45.83%)、Betaproteobacteria(白,占比为64.38%);在属水平上,白色颗粒污泥以Candidatus_Accumulibacter和Dechloromonas为主(总占比为56.72%),具有良好的好氧磷去除和反硝化磷去除能力,并且其反硝化除磷性能和除磷效果优于黄色颗粒污泥,DPAOs/PAOs在黄白色颗粒污泥分别为25.1%(黄)和70.9%(白);黄色颗粒污泥以Candidatus_Competibacter为主(占比35.75%),具有良好的内源反硝化脱氮能力。(6)从微生物菌群角度探究黄白颗粒污泥形成机制。本研究在A/O/A SBR中采用的低COD浓度市政污水基质及底部进水方式,使PAOs更具有生长优势。白色颗粒污泥是以PAOs为主,快速聚集并过度生长而成,短时间内形成较大颗粒,形态疏松,有更好的透光性,因此呈现出白色;而黄色颗粒污泥是以GAOs为主,生长受限但能分泌大量黏性EPS的菌种,在较高水力剪切力作用下聚集形成,多种菌群缓慢聚集而成,形态更加密实,透光性较差,因此呈现出黄色。