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针对现有城镇小规模污水处理装备工艺流程长、化学协同除磷运行管理复杂,低碳氮比废水脱氮碳源不足等问题,以研发小规模城镇污水高效低成本处理装备为目标,提出城镇污水生物膜-电解耦合除磷脱氮技术。以序批式和连续流生物膜-电解耦合系统为研究对象,探究了填料密度、电极布置方式对生物膜-电解耦合系统构建的影响,并利用16S rRNA Amplicom测序,对构建系统中微生物种群进行分析,揭示了耦合系统脱氮的微生物作用机制;考察了DO、运行工况、电流强度对城镇废水耦合系统除磷脱氮效能的影响,得出关键工况参数,在此基础上,重点探究了低碳氮比城镇污水生物膜-电解耦合系统除磷脱氮效能,解决了系统脱氮的碳源瓶颈。研究得出的主要结论如下:填料密度和电极布置方式对城镇污水序批式生物膜-电解耦合系统构建影响显著。填料密度为40 g/L系统较30 g/L系统的TN去除率提高3.98%;三阴极系统较双阴极和单阴极系统的TN去除率分别提高3.02%和6.67%。耦合系统运行32d构建成功,对NH4+-N、TN、TP、COD的去除率分别为99.39%、86.10%、98.49%、91.05%。16S rRNA Amplicom高通量测序结果表明,系统中脱氮优势功能菌属主要有Acinetobacter;Nannocystis、Nitrospira;Rhodococcus、Bacillus;Paracoccus、Hydrogenophaga、Pseudomonas、Thauera;Azospira;系统通过异养硝化-好氧反硝化、自养硝化、异养反硝化、自养反硝化等多种脱氮路径耦合实现高效脱氮。DO、运行工况、电流强度对城镇污水序批式生物膜-电解耦合系统除磷脱氮效能影响显著。DO浓度为5.05±0.43mg/L的系统较DO为4.05±0.43mg/L系统,NH4+-N、TN、COD去除率分别提高10.89%、6.59%、2.8%;当电流强度从0.1A逐渐降低至0.02A时,系统对TN去除率由86.54%逐渐提高至94.04%。在最佳工况下,系统出水NH4+-N、TN、TP、COD分别为0.17 mg/L、2.55 mg/L、0.13 mg/L、30.36mg/L,去除率分别为99.60%、94.09%、97.41%、90.30%,出水水质显著优于一级A标准。序批式生物膜-电解耦合系统处理低碳氮比城镇污水效能高,缺氧HRT对耦合系统处理效能影响显著。缺氧HRT为8h,好氧HRT为4h时,耦合系统对低碳氮比城镇污水除磷脱氮效能最佳。进水C/N比分别为3.5±0.3、2.5±0.3、1.5±0.3时,序批式生物膜-电解耦合系统出水NH4+-N和TP浓度无显著差异,分别为0.33 mg/L、0.32 mg/L、0.29 mg/L和0.11 mg/L、0.09 mg/L、0.07 mg/L;出水TN、COD浓度分别为5.06 mg/L、5.63 mg/L、6.69 mg/L和19.21 mg/L、12.35 mg/L、9.93 mg/L,不同C/N比下,出水水质显著优于一级A标准。在温度27℃、DO浓度为4.05±0.43 mg/L下,反应器运行26d成功构建连续流生物膜-电解耦合系统,NH4+-N、TN、TP、COD的去除率分别为99.26%、87.32%、97.95%、93.80%。16S rRNA Amplicom高通量测序结果表明,构建系统中优势脱氮功能菌属主要有Other＿f＿Nitrosomonadaceae、Other＿f＿Pirellulaceae、Nitrospira;Acinetobacter;Other＿f＿Comamonadaceae、Comamonas;Paracoccus、Pseudomonas;Dechloromonas。系统通过自养硝化、异养硝化-好氧反硝化、异养反硝化、自养反硝化等多种脱氮路径耦合,实现系统高效脱氮。DO、电流强度对城镇污水连续流生物膜-电解耦合系统除磷脱氮效能影响显著。DO 4.05±0.43 mg/L系统较DO 3.05±0.43mg/L系统,NH4+-N、TN、COD去除率分别提高17.18%、7.11%、3.69%;电流强度0.015A的系统较电流强度0.01A的系统,TN、TP去除率分别提高3.66%、8.69%。最佳工况下,系统出水NH4+-N、TN、TP、COD分别为0.28 mg/L、5.58 mg/L、0.09 mg/L、28.64 mg/L,去除率分别为99.13%、86.87%、98.24%、90.85%,出水水质显著优于一级A标准。连续流生物膜-电解耦合系统处理低碳氮比城镇污水效能高。最佳工况下,C/N比分别为3.5±0.3和1.5±0.3的耦合系统,出水NH4+-N、TN、TP、COD浓度分别为0.34 mg/L、8.54 mg/L、0.10 mg/L、17.36 mg/L和0.32 mg/L、18.26 mg/L、0.09mg/L、9.93 mg/L,分别稳定达到一级A标准和一级B标准。