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近年来,随着我国经济的快速发展,人为过量排放氮磷等营养物质使得水体富营养化问题日益严重。控制氮磷是解决水体富营养化的重要策略,脱氮则是污水处理流程中的一个重要且不可或缺的环节。移动床生物膜反应器(MBBR)因其运转灵活、污泥龄长等诸多优点成为脱氮的有效方法之一,膜生物反应器(MBR)可以强化生物处理的效果,MBBR-MBR耦合反应器在脱氮和控制膜污染方面具有独特优势。本研究利用MBBR和MBR耦合反应器,研究聚氨酯海绵载体的填充率和反应器的水力停留时间对其脱氮性能及膜污染的影响,确定MBBR-MBR耦合反应器的最佳填充率及水力停留时间。主要结论如下:(1)在MBBR-MBR水力停留时间(HRT)为12h条件下,对比研究了聚氨酯海绵载体填充率10%、15%和20%条件下的除污染性能;载体填充率对TOC和NH4+-N去除率影响不大,二者去除率均可达到90%以上,填充率15%时的去除率均高达98%以上;载体填充率对SND、TN去除率影响较大,填充率15%条件下的耦合除污染性能更佳;硝化反应比反硝化反应更容易发生,而反硝化反应受填充率的影响较大;载体上的附着生物量及其生长速率都与载体填充率密切相关,其中填充率15%条件下生物量最多,生物膜生长速率最大。(2)运用Unisense微电极系统测定了载体内部溶解氧和氧化还原电位,填充率15%条件下生物载体内部的DO浓度及ORP分布更加合理,更容易创造出适宜好氧菌群和兼性厌氧菌群所需的环境;在反应器中溶解氧浓度约6mg/L时,系统的整体除污染性能较为理想;高通量测序结果表明,填充率15%条件下聚氨酯海绵载体内部的生物多样性更加复杂,具备反硝化功能的菌群含量也较多。填充率15%条件下膜污染过程较慢。(3)在MBBR-MBR载体填充率为15%条件下,对比研究了系统HRT为6h、12h、24h时的除污染性能,HRT为12h时的TOC和NH4+-N去除率最高,二者均高达97%以上;聚氨酯海绵生物载体上平均附着生物量(a AGBS)为0.60g/个,附着挥发性生物量(a VAGBS)为0.52g/个,a VAGBS/a AGBS为84.5%,生物活性较高,生长速率较快(k=0.01625)。(4)当MBBR-MBR系统HRT=12h时,粒径为130um的污泥所占体积比最大,污泥平均粒径明显大于其他两种HRT情况;对应的膜污染过程更加缓慢,明显改善了滤饼层的过滤阻力,极大减缓了MBR膜组件的不可逆污染,增加了膜丝的使用寿命;MBR混合液中EPS浓度和SMP浓度分别为11.4mg/L和27.9mg/L,SMPp/SMPc平均值为1.31。当HRT为24h时,MBR混合液中EPS、SMP、SMPp/SMPc分别为12.5mg/L、33.9mg/L、0.9。当HRT=6h时,MBR混合液中EPS、SMP、SMPp/SMPc分别为16.4mg/L、45.6mg/L、0.4。当HRT分别为6h、12h、24 h时,Rc分别为1.74×1012m-1、1.03×1012m-1、1.44×1012m-1,说明较高浓度的EPS、SMP与较低比率的SMPp/SMPc是构成膜污染的主要原因,控制反应器内SMP中多糖成分的含量能有效控制膜污染。