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曝气生物滤池(Biological aerated filter,简称BAF)是在普通生物滤池基础上借鉴给水滤池工艺开发的污水脱氮新工艺,具有处理能力强、负荷高等特点。由于完全曝气的运行模式,传统BAF往往需要消耗大量能源和碳源。如何使BAF在低能耗和低碳源投加的条件下实现高效脱氮具有重要研究意义。本研究在传统BAF结构基础上,分别对曝气位置和进水模式进行改进,设计了上流式部分曝气生物滤池(Up-flow partially aerated biological filter,简称U-PABF),实现同一BAF反应器内好氧环境和缺氧环境的一体化。首先,将传统BAF底部曝气改为中部曝气构建U-PABF硝化-反硝化脱氮系统。主要内容包括:沸石、陶粒两种填料对氨氮的吸附性能;陶粒U-PABF和沸石U-PABF运行效果比较;HRT对U-PABF脱氮性能的影响;沿程脱氮特性及反应机理研究以及微生物群落分析。结果表明:合成废水NH4+-N浓度40 mg/L,沸石U-PABF和陶粒U-PABF对NH4+-N和COD均达到较高去除率,但沸石UPABF对氨氮的去除以吸附作用为主,陶粒U-PABF则主要依靠生物作用;HRT为5.2 h时,陶粒U-PABF对NH4+-N和COD去除率分别为97.90%±0.37%和88.41%±2.91%。降低HRT为2.6 h和3.5 h,NH4+-N去除率明显降低,但COD去除率几乎不变;陶粒U-PABF强化反硝化系统成功构建,并观察到厌氧氨氧化的存在;反应器各层菌群种类检出与沿程脱氮特性研究结果相对应。其次,在中部曝气基础上进行中部进水构建U-PABF的部分硝化-厌氧氨氧化脱氮系统。通过改变碳源种类、C/N比和溶解氧,对部分硝化运行参数进行探究。结果表明:在不添加碳源、添加有机碳源和添加无机碳源的条件下,无机碳源有利于亚硝酸盐积累;添加无机碳C/N比分别为0.1:1、0.5:1和1:1,当无机碳C/N比为0.1:1时,出水亚硝酸盐产生积累并有利于亚硝化反应的建立;降低DO浓度为3.33 mg/L和2.08 mg/L时,出水亚硝酸盐氮浓度分别为0.76mg/L和1.46 mg/L,低DO浓度有利于亚硝酸盐的积累。本研究对传统BAF进行改进,构建硝化-反硝化和部分硝化-厌氧氨氧化两种运行系统处理人工模拟生物污水。通过填料选择、各运行系统下影响因素以及微生物群落特征的研究,为低能耗、低碳源投加条件下BAF脱氮提供借鉴。