氮、磷是生活污水的主要污染物,近年来国家对污水处理厂出水水质要求越来越严格,逐渐采用组合工艺对污水进行深度处理。传统人工湿地会造成出水水质不达标现象,本文采用硫自养反硝化技术运用于水平潜流湿地系统,并外加玉米芯作为有机碳源,构建了A/O生物接触氧化-人工湿地组合工艺系统,对模拟生活污水进行脱碳除磷试验研究,旨在强化污水深度脱氮除磷效果。试验中运用三维荧光光谱技术表征了污水处理过程中溶解性有机物(DOM)变化过程,考察了在不同水力停留时间、回流比下A/O生物接触氧化反应器系统对污染物去除效果的影响以及在高氨氮进水条件下,系统脱氮除磷效能。基于硫自养反硝化作用,分别构建了填装加工后的硫铁矿的R1,填装硫磺+玉米芯的R2,填装硫磺+硫铁矿(1:4)的R3,填装硫磺+水泥的R4,填装硫铁矿+玉米芯的R5,填装与人工湿地相同的硫铁矿的R6等六种上流式反应器,对模拟污水进行脱氮除磷试验,并分析比较硫自养反硝化中所产生的的副产物,利用微生物菌群分析佐证污染物去除机理,旨在寻找适合组合填料用于硫自养人工湿地使用。主要研究内容和结论如下:(1)A/O生物接触氧化-人工湿地反应器串联进行,采用人工接种挂膜,启动阶段水温为26~29℃,控制好氧池溶解氧DO﹥2mg/L,缺氧池溶解氧在0.2~0.5mg/L,回流比设为200%。开始采用小流量连续进水,后逐渐增加流量,直到设计流量50L/d。20天之后,A/O生物接触氧化反应器对NH₄⁺-N,COD,TN,TP去除率分别达到95%,90%,70%,和50%左右,反应器运行稳定,认为生物膜已挂膜成熟,标志着A/O生物接触氧化反应器快速启动成功。同时,人工湿地对NH₄⁺-N、NO₃^--N、TP去除率达到50%、90%、50%左右,出水COD浓度稳定在15mg/L左右,植物长势良好,标志着人工湿地反应器启动成功。(2)通过调节A/O生物接触氧化反应器HRT分别为11h,16h,20h,26h,回流比分别为50%、100%、200%、300%时,考察了A/O生物接触氧化反应器在不同HRT和回流比下对污染物的处理效果,最终确定A/O生物接触氧化反应器的最佳HRT和回流比分别为20h和200%。A/O生物接触氧化反应器在最佳HRT和回流比下,保持C/N为4,进水氨氮浓度从100mg/L提高到250mg/L,进水TP浓度也从6mg/L逐渐提高到12mg/L,考察组合工艺在高氨氮进水条件下,系统脱氮除磷效果。随着进水氨浓度不断提高,A/O段出水COD、NH₄⁺-N仍保持较好的去除效果,但对TN、TP的去除效果有限,出水TN、TP不能达到国家一级A标准。当出水经人工湿地处理后,出水TN浓度均低于15mg/L,TP浓度低于0.5mg/L,达到国家一级A标准。人工湿地对TN的去除主要是异养-自养联合反硝化脱氮,玉米芯释放碳源较为稳定,且启动很慢,试验进行到200天时,湿地中硫铁矿自养反硝化开始发生,最终出水TN浓度稳定在3mg/L左右。(3)采用三维荧光光谱和结合平行因子分析方法,考察了组合工艺反应器稳定运行阶段污水处理过程中溶解性有机物的变化情况。利用平行因子法成功解析了组合工艺反应器各处理单元出水的荧光物质。结果表明,组合工艺反应器污水处理过程中主要有类蛋白,类富里酸和类腐殖酸。类蛋白荧光物质从进水到最终出水逐渐减弱,人工湿地反应器出水主要存在类腐殖酸和类富里酸。(4)R1~R6中,添加硫磺的反应装置对NO₃^--N一直保持高效的去除效果,但其出水副产物SO₄^2-相对较高,p H相对较低。相对于未加工的硫铁矿,研磨加工后的硫铁矿自养反硝化启动要快,试验中R6在第74天时,才开始对硝酸盐氮的降解出现一定的效果,最终对硝酸盐氮的去除率稳定在29%左右。使用硫铁矿+玉米芯组合填料对硝酸盐氮的去除效果更好,且能加快硫铁矿自养反硝化发生。反应过程中,检测到R1~R6出水均有氨氮的积累,这可能与DNRA作用有关。硫磺对TP几乎没有去除效果,硫铁矿对TP有一定的去除效果。使用研磨加工后的硫铁矿对TP的去除效果最好,去除率达94%左右,未加工硫铁矿对TP平均去除率为46.5%。添加玉米芯的反应装置中,出水主要存在类蛋白荧光峰,其荧光强度与COD浓度线性关系较好。因此,三维荧光技术可以运用于快速检测污水处理过程出水COD浓度。(5)采用16S r RNA高通量基因测序技术,分析了R1~R6中微生物菌群结构,在门水平上,Proteobacteria是R1~R6系统中最主要的功能菌,并检测到与厌氧氨氧化和DNRA相关的功能菌。在属水平上,R1~R6中均检测到与硫自养反硝化相关的功能菌Sulfurimonas和Thiobacillus,证实了硫自养反硝化现象的发生。图[39]表[6]参[70]