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目前我国城市污水处理厂广泛采用活性污泥工艺，工艺中所产生的大量剩余污泥的处理和处置在污水厂运行成本中占有越来越大的比重。另外，我国城市污水普遍存在的进水有机碳源不足的问题也成为制约生物脱氮效率的重要因素。本文从两方面针对剩余污泥处理和污水有机碳源不足的问题进行研究。在工艺方面，利用热水解反应器对剩余污泥进行预处理，促进污泥中细胞的分解和胞内物质的释放，研究剩余污泥热水解时间和温度等参数对污泥水解系统二次基释放及转化过程的影响。碳源方面，配合本试验特定培养的产酸型发酵反应器，利用培养驯化出的乙醇型发酵菌来处理热水解污泥产物，探索生成VFAs的最佳化条件，利用挥发酸各组分存在的沸点差异回流到热水解反应器进行最大量冷凝提取目标碳源。最后，利用热水解发酵污泥冷凝提取液作为反硝化脱氮的补充碳源进行了研究，为有效利用剩余污泥热水解减量过程中伴生产物作为反硝化有机碳源提供依据。试验取得的主要研究成果如下：首先，通过试验确定了热水解作为预处理手段处理污泥的最佳条件，确定较优的热水解温度为170℃，热水解时间为45min，同时可有效地促进剩余污泥的减量化及促进胞内有机物质的释放。其次，本试验中产乙酸反应是由乙醇型发酵菌群发挥作用实现的。在有机负荷为28.8kgCOD/m3d，HRT为8h条件下，乙醇型发酵菌的pH和ORP发生范围分别为4.04.4、-200mV-320mV；采集乙醇型发酵反应器内污泥样品，提取水样中微生物总DNA，通过生物学手段对样品中的细菌多样性及群落结构进行了研究表明，4个主要细菌类群及所占比例分别为Actinobacteria （3.17%），Bacteroidia （49.36%），Bacillus （28.05%）和Clostridium（19.42%）。再次，剩余污泥水解发酵产物对于生物脱氮系统是一种经济有效的可替代有机碳源，与生活污水的反硝化对比试验发现，硝态氮还原呈明显的三阶段性，硝酸盐逐渐被消耗，而亚硝酸盐呈现先积累后消耗的趋势。以污泥热水解发酵提取液和生活污水为碳源时，总反硝化速率分别为6.38和2.18mgNO3--N/h，总比反硝化速率分别为2.17和0.79mgNO3--N/gVSS·h。