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传统同步脱氮除磷工艺通过硝化反硝化实现脱氮，动力消耗大，并需外投大量有机碳源，运行费用高，难以经济有效的实现《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A达标排放。为响应国家低碳经济的号召，通过对污水处理流程中污染物去除的统筹规划及污水深度处理各功能单元的技术研发，提出了厌氧好氧除有机物除磷+亚硝化厌氧氨氧化自养脱氮的城市污水再生全流程工艺技术，并对此进行了实验研究，以期为老水厂的升级改造和新建水厂的高效运行提供技术支持。 在厌氧好氧除磷工艺单元试验研究中，通过控制污泥龄3-7d，将好氧段DO梯度控制在1.0-2.0、0.5-1.0、0.5-1.0mg/L，实现出水总磷小于0.7mg/L，总氮损失仅10mg/L，为后续单元提供氮素浓度稳定的进水，无亚硝酸盐及硝酸盐积累;好氧段DO的非正常波动是导致丝状菌膨胀的重要原因，控制负荷为0.45kgCOD/kgMLSS/d，好氧段DO在1.5mg/L、1.0mg/L、1.0mg/L，回流比为83％，30d内SVI由569.8mL/g降至150mL/g以下，污泥膨胀得到抑制。 在间歇流亚硝化工艺单元试验研究中，对比不同接种污泥、不同曝气方式以及不同水质，提出了以高低梯度限氧(0.7-0.3mg/L)为主要控制手段的亚硝化的启动方法，并通过限氧(0.3mg/L)及控制反应和沉淀时间实现了间歇流亚硝化工艺对生活污水的稳定处理，亚硝酸盐积累率稳定大于95％; 在连续流亚硝化单元试验研究中，研究表明恒流搅拌反应器中DO/AIL为出水亚氨比的控制参数，△pH值可作为出水亚氨比的指示参数，且当其在0.9±0.1 mgO2/gN/d时出水亚氨比在1-1.32∶1;控制多级恒流搅拌反应器各级曝气量，DO浓度分别控制在0.40-0.60、0.25-0.45、0.05-0.10、0.40-0.60mg/L，实现平均氨氧化率57％，平均出水亚氨比为1.11，可作为后续单元提供氮素比例适宜的进水。 在厌氧氨氧化单元试验研究中，采用接种1.4％厌氧氨氧化菌的诱导启动方式，实现了厌氧氨氧化生物滤池135天的快速启动，总氮去除负荷达到NRL达到0.92kgN/m3/d;当水力负荷小于7.93m3/m2/d时，水力负荷并未对以厌氧氨氧化菌为主导的微生物结构产生太大影响;实现了厌氧氨氧化生物滤池处理生活污水，总氮去除率达到81％，负荷达到1kgN/m3/d，厌氧氨氧化生物滤池的特征计量系数为1.22-1.26、0.11，滤层结构未发生迁移变化，表征了反应器状态稳定;通过对厌氧氨氧化菌的DGGE条带分析和16SrRNA克隆测序，鉴定反应器中功能微生物为AAO B-Candidatus Kuenenia stuttgartiensis，其对于温度和基质有着广泛的适应性、在较大范围内均可保持较高的活性是厌氧氨氧化生物滤池高效稳定的本质原因。 全流程联合运行处理生活污水效果显示，出水的总氮平均为10.38 mg/L，氨氮平均为2.73mg/L，COD平均为41.84mg/L，BOD平均为8.33mg/L，TP平均为0.46mg/L，出水悬浮物浓度平均为5.77mg/L，但亚硝化稳定性及亚氨比调控、除磷效果、长期运行稳定性等仍需进一步提高;A/O单元、亚硝化单元、厌氧氨氧化单元负荷比为1∶1∶5-1∶1∶8;经过投资与运行成本估算，相比传统同步脱氮除磷工艺，城市污水再生全流程至少可节约6.57％的基础投资费用和40％运行成本费用，全流程的污水处理费用仅为0.69元/t;结合自养颗粒污泥的研究，提出了颗粒污泥自养脱氮污水再生第二流程。 通过对城市污水再生全流程处理生活污水的研究，实现了对生活污水主要污染物的一级A低碳处理，为自养脱氮处理生活污水研究及城市污水处理厂升级改造提供基础数据及技术支持。