摘要
目前在高海拔地区运行的生物处理工艺由于受到低温、低压和低氧的不利自然环境的影响而普遍存在污泥培养困难、微生物活性低和曝气能耗高等问题。同步硝化反硝化除磷工艺(SNDPR)作为近年来新型的同步脱氮除磷工艺，具有高效稳定，节约能耗等优点，相比于传统的污水生物处理工艺，其对溶解氧需求较低并且能够节约碳源，或将适合于高海拔地区低温低压低氧和进水低有机物浓度的特征。本课题将SNDPR系统应用于高海拔地区的城镇生活污水处理。通过实验验证了SNDPR系统在低大气压和低进水COD浓度下的适用性，并分别通过优化厌氧／好氧时间参数和投加微生物菌种对低大气压下SNDPR系统进行工艺优化和生化功能强化，为SNDPR系统在高海拔地区的实际应用提供科学依据。主要研究结果如下： 1)低大气压下不同进水COD浓度对SNDPR系统去除污染物性能的影响 分别在正常大气压100kPa和低气压72kPa下运行SNDPR系统，实验结果表明，在72kPa下，当进水COD从300mg/L降低至200mg/L，NH4+-N浓度为30mg/L，TP浓度为5mg/L时，SNDPR系统表现出良好的COD和TP去除性能，而TIN去除性能则从81.21%下降至72.86%，SND从59.48%下降至31.95%。与常压下运行的SNDPR系统相比，72kPa下运行的SNDPR系统TIN去除率表现较好。周期实验也表明，随着大气压从100kPa下降至72kPa，好氧阶段DO浓度则从6.47mg/L下降至5.46mg/L，SNDPR系统内氨氧化速率也随之降低，表明SNDPR系统适用于低大气压环境条件和低进水COD浓度的高海拔地区城镇污水特征。 2)低大气压下厌氧／好氧时间配比参数的调整对SNDPR系统污染物去除性能的影响 实验运行4台反应器，其中一台置于正常大气压100kPa下(L1)，厌氧／好氧时间为120min/210min，其余3台置于低大气压72kPa下，厌氧／好氧时间120-180min/210-150min（分别称为H1、H2和H3）。结果表明，在进水COD为200mg/L，NH4+-N为30mg/L，TP为5mg/L时，72kPa下H1、H2和H3均表现出良好的COD和TP去除性能，与100kPa下运行的L1相仿。TIN去除率方面有所差异，L1中TIN去除率最低，为67.54%。随着厌氧／好氧时间的调整，在H1、H2和H3中TIN去除率逐渐上升至76.33%，这是因为大气压的下降和好氧时间的缩短提供了系统内缺氧环境，因此促进了反硝化脱氮过程，提升了TIN的去除效率。 3)低大气压下SNDPR系统中脱氮过程关键酶活性及微生物群落结构分析 脱氮相关酶的活性测定结果表明，在低大气压条件下，NH4+→NH2OH→NO2-过程相关的AMO和HAO酶活性受到抑制，而NO2-→NO3-过程相关的酶NXR活性反而提高，反硝化过程中NO3-→NO2-相关的NIR酶活性增强，而负责NO2-→NO过程的NAR酶活性则受到抑制。 微生物群落分析表明，随着大气压的降低，SNDPR系统内优势菌属有所变化，关键的氨氧化菌(AOB)相关菌属的丰度则有所下降。这与低大气压下氨氧化速率降低的结果吻合。在低大气压条件下，伴随着厌氧／好氧时间配比的改变，SNDPR系统内反硝化聚磷菌(DPAOs)、聚磷菌(PAOs)和相关反硝化细菌(DNB)得到富集，从而保证了系统的高效脱氮除磷性能。 4)低大气压下投加高效微生物对SNDPR系统处理效率的强化效应 从高海拔条件下运行的污水处理厂活性污泥中筛选出5株具有高效硝化或者反硝化功能的菌种，经16srDNA鉴定，相关菌属具有硝化或反硝化功能。随后以直接投加和固定化两种方式对SNDPR系统进行微生物功能强化，结果表明：两种投加方式均提高了SNDPR系统的COD和TIN处理效率，其中以固定化投加菌株进行强化的SNDPR系统，出水NO3--N浓度最低，且TIN去除率最高，因此，固定化添加菌种的方式强化效果最好。
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