黑水具有污染物负荷高,水质和水量不稳定等特点,传统厌氧化粪池对黑水中COD有较好的去除效果,但存在启动周期长,生物降解不完全,氮和磷的去除效果差等缺陷。普通好氧、厌氧工艺及同步硝化反硝化工艺可大幅度降低黑水中的NH4+-N浓度,但该类工艺常由于有机碳源的限制使其出水中含有大量的NO3--N。目前,在黑水处理工艺的研究中,多采用多工艺组合,而鲜见对新技术的研究,导致黑水处理工艺复杂、占地面积大、投资高等问题。因此开发高效的适用于黑水水质特征的新型处理技术具有重要意义。本文针对目前黑水处理所存在的问题,将铁碳微电解应用于传统化粪池的功能强化,以自主研发的铁基质生物载体为核心,将结合物化与生化反应耦合,实现黑水中总氮、总磷及COD处理的同步高效去除,开发出适于黑水处理的新技术。研究了化粪池启动成功后不同溶解氧(DO)、水力停留时间(HRT)、碳氮比(C/N 比)等因素对新型化粪池处理效能的影响,以《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级处理标准为处理目标,优化出新型化粪池最佳运行参数及长期运行效果;通过脱氮动力学分析,探究最佳运行参数下探究总氮(TN)、溶解态有机氮(DON)、溶解态无机氮(DIN)、颗粒态有机氮(PON)以及吸附性氮(AN)在系统中的迁移转化机制;最后对系统内的微生物种群结构进行解析,并建立体系的主要污染物降解机制。结果表明:(1)DO、HRT和C/N对新型化粪池处理黑水过程中NH4+-N和TN影响较大,对COD和TP去除率相对较小。当进水水质为NH4+-N浓度为160.0±20.0mg/L,COD 浓度为 1600.0±200.0mg/L,TP 浓度为 30.0±5.0mg/L,控制系统 DO=2.6mg/L、HRT=48h和C/N为6.8～8.1,新型化粪池对NH4+-N、TN、TP、COD去除率分别为91.38%、84.63%、94.04%和95.82%,出水可达城镇污水排放二级标准。(2)基于对新型化粪池反应器建立物料平衡方程和试验数据,推导出系统缺好氧铁基质生物载体池的动力学方程,并求解动力学参数,从而建立系统的生物脱氮动力学模式,好氧硝化动力学方程为:(?);缺氧反硝化动力学方程为NO3a=NO3bn-Cg-0.00389Xatcn。本研究新型化粪池脱氮过程中所求硝化、反硝化动力常数分别为0.00757和0.00389,表明体系对NH4+-N和NO3--N去除效果更强。(3)厌氧池A和B中TN分布相似,NH4+-N是DN的主要形态,分别占DN的97.93%和98.30%,PON是PN的主要组成成分,分别占PN的96.23%和97.26%,厌氧池A到B体系DN和PN对TN去除的贡献率为-77.00%和187.12%;好氧铁基质生物载体池中NO2--N是DN的主要形态,占DN的64.95%,PON是PN的主要形态,占PN的94.94%,DN和PN对TN去除的贡献率为79.93%和21.34%;缺氧铁基质生物载体池中NH4+-N是DN的主要组成部分,占DN的68.63%,PON是PN的主要形态,占PN的79.01%,DN和PN对TN去除的贡献率为72.44%和27.56%。厌氧池A和B中发生的氨化作用将有机氮转化为NH4+-N,好氧生物载体池以硝化反应为主,将体系NH4+-N转化为NO3--N和NO2--N,铁基质生物载体池内发生的反硝化反应对体系NO3--N和NO2--N进一步脱除。(4)通过高通量测序研究微生物群落结构进一步分析体系脱氮除磷、以及COD的降解机制。Fe-C内电解与生物耦合的黑水脱氮机制主要包括生物或化学转化、传质过程,微电解强化ZVI供电子反应加速了[H]/Fe2+的供应,为自养反硝化菌提供电子供体,促进了氢/铁自养反硝化菌过程。系统属水平上氨化菌属有为芽孢杆菌(Bacillus)、Romboutsia;硝化菌属有亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、陶厄氏菌属(Thauera)、不动杆菌属(Acinetobacter);反硝化菌属有嗜氢菌属(Hydrogenopha)、陶厄氏菌属(Thauera)、Thiobacillus菌属、Rhodanobacter菌属、假单胞菌属(Pseudomonas)。同时体系的Thiobacillus菌属、Rhodanobacter菌属、不动杆菌属(Acinetobacter)、芽孢杆菌(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)除磷菌的存在实现体系磷的去除,微电解反应产生的Fe3+显著强化了系统对磷的固定。砂单孢菌属(Arenimonas)、Erysiplothri的存在降解体系 COD。图27组,表18个,参考文献94篇。