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随着我国新农村进程的推进,农民生活质量得到较大改善,农村生活污水的治理成为亟需解决的问题。我国农村生活污水具有水质水量波动大、可生化性强、收集困难、季节性变化大等特点。目前常见的处理方法主要有活性污泥法、生物膜法和自然生态法三大类,其中生物膜法因其具有活性生物量高、脱氮效果好、工艺灵活的优势成为研究的热点,但是目前生物膜法的处理对象主要为城镇污水,将其应用于农村污水处理的研究不多。因此,将生物膜法应用于农村生活污水处理具有重要意义。本研究针对农村生活污水处理的现状及特征,结合生物膜法中曝气生物滤池和移动床生物膜反应器的优势,构建了集生物处理与生物过滤为一体的小试规模的自清洗高效生物膜反应器。研究了不同温度及进水有机负荷条件下系统对有机物、氨氮、总无机氮及总悬浮固体的处理性能及微生物群落演替规律;常态运行时好氧区和过滤区的作用,以及两个功能区的微生物群落结构差异;自清洗前后系统生物膜特性、污染物去除特性及微生物群落结构的变化情况。本研究从宏观和微观两个角度考察分析了该系统的处理能力,为一体化自清洗高效生物膜反应器的构建及在未来农村污水处理中的应用提供理论依据。主要研究结果如下:（1）该系统对COD和TSS的去除效果受温度和进水负荷的影响较小,且COD和TSS的去除能力随进水负荷的增加而提高;NH4+-N和TIN的去除效果受低温影响较大,采取铁盐强化的方式可以有效解决低温反应限制性问题。在进水COD、NH4+-N、TIN、TSS浓度分别为242.5±87.7 mg/L、43.0±13.4 mg/L、44.4±13.3mg/L、186.1±92.2 mg/L条件下,系统处理出水各污染物浓度分别为56.3±18.0mg/L、9.8±7.4 mg/L、20.5±12.0 mg/L、16.7±8.5 mg/L,相应平均去除率分别为75.49±6.90%、79.43±12.71%、55.61±17.99%、89.49±6.89%;对应生物膜载体比表面去除负荷分别为3.35±1.78 g COD/m2/d、0.58±0.21 g NH4+-N/m2/d、0.43±0.20 g TIN/m2/d、2.98±1.59 g TSS/m2/d,系统处理出水水质较稳定且达到山东省农村污水排放二级标准。随系统运行微生物群落丰富度逐渐升高,其中相对丰度较高的微生物为JG30-KF-CM45、Acinetobacter、Pseudoxanthomonas和Hydrogenophaga等具有异养硝化、好氧反硝化功能的种群,上述优势微生物种群对系统内同步硝化反硝化现象具有重要作用。（2）反应器中内好氧区生物膜厚度和生物量均高于过滤区,好氧区COD的去除贡献率为60.56±10.96%、NH4+-N的去除贡献率为67.06±13.45%、TIN的去除贡献率为30.96±15.71%、TSS的去除贡献率为64.34±16.76%。好氧区是完成生化反应的主反应区,过滤区在完成TSS截留分离的基础上,起到后置强化生物降解的作用。不同温度条件下好氧区和过滤区在属水平上的微生物群落结构存在显著差异,在20℃常温条件下,JG30-KF-CM45、Acinetobacter、Caldilineaceae、Rhodobacter、IMCC26207、Gemmatimonadaceae在好氧区的相对丰度显著高于过滤区;在10℃低温条件下,Acinetobacter、Trichococcus、Pseudorhodobacter、Comamonadaceae在好氧区的相对丰度显著高于过滤区。（3）系统在自清洗前平均生物膜厚度和生物量为284.33±89.99μm、23.22±4.94 g MLSS/m2;自清洗后其分别为124.57±20.40μm、15.44±2.71 g MLSS/m2,自清洗前后生物膜厚度和生物量变化表明自清洗过程可有效起到生物膜更新及截留悬浮物的清除作用。系统自清洗前平均生物膜载体表面比SCOD降解速率为5.7±2.63 g SCOD/m2/d、自清洗后为7.08±2.71 g SCOD/m2/d;自清洗前平均生物膜载体表面比硝化速率为0.82±0.27 g NH4+-N/m2/d、自清洗后为1.01±0.32 g NH4+-N/m2/d,自清洗前后生物膜污染物去除能力变化亦表明自清洗过程可有效起到生物膜更新作用。自清洗可使优势微生物种群结构发生显著变化,尤其具有异养硝化、好氧反硝化功能的优势微生物种群的相对丰度显著升高。（4）根据一体化自清洗高效生物膜反应器的研究结果,初步确定系统设计参数及系统维护方法:生物膜载体表面比COD负荷为3.35±1.78 g COD/m2/d,比NH4+-N负荷为0.58±0.21 g NH4+-N/m2/d,比TIN负荷为0.43±0.20 g TIN/m2/d,比TSS负荷为2.98±1.59 g TSS/m2/d;根据进水污染物浓度通过调整HRT来维持一定的系统负荷,使系统保持较好的处理能力;系统运行要完成定期的循环自清洗过程,以保证生物膜的更新及截留的悬浮颗粒物等杂质的洗脱,并且定期的自清洗过程可有效解决填料堵塞问题;低温条件可通过铁盐强化作用来维持稳定的微生物活性。