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近些年来,面对日益严峻的水体污染,各国对排放水体的氮磷要求日益严格,各式各样的生物脱氮除磷工艺也逐渐涌现出来,但大多数脱氮除磷工艺都面临着碳源不足、运行费用高的难题,分段进水工艺由于其碳源利用充分、污泥浓度高、抗冲击能力强等优点在越来越多的在国内城市污水处理厂的改造和新建项目中得以应用。一般的分段进水工艺是指多段多级AO工艺,多段多级AAO(MAAO)工艺就是在对多段多级AO除磷脱氮工艺合理化改进的基础上开发出来的,本课题对西安市北石桥污水处理厂一期扩建工程采用的低氧曝气多段进水MAAO脱氮除磷工艺进行现场调研,在现有现场运行状况下,引入呼吸图谱技术对污泥特性进行定量分析,对该工艺的运行管理状态进行评价,同时本课题利用自主开发的硝酸盐呼吸图谱法表征MAAO工艺活性污泥除磷特性,通过硝酸盐呼吸图谱建立OUR与吸磷过程水质参数间的联系,从而实现呼吸图谱法在对MAAO工艺活性污泥进行准确的判定的同时实现对除磷特性的判定,为建立基于呼吸图谱的定量化运行管理技术体系打下基础。本研究获得的主要成果如下:(1)MAAO工艺与传统的氧化沟工艺相比,从呼吸速率来看,传统氧化沟值高于MAAO工艺,MAAO工艺从一级到四级呼吸图谱有向传统OD工艺靠拢的趋势,而且非常明显的特征是MAAO工艺具有很高的现场呼吸速率;从呼吸比来看,MAAO工艺自养菌呼吸比略低于传统氧化沟工艺,两个工艺的异养菌呼吸比例相当,说明MAAO表现出具有氧化沟工艺相当的脱氮效果;MAAO工内源呼吸比艺略高于氧化沟工艺,准内源呼吸比略高于传统氧化沟工艺,说明在同样的进水下氧化沟工艺活性污泥受到的冲击较小,抗冲击能力较强。(2)MAAO工艺现场、自养菌、异养菌吸速率以及自养菌、异养菌呼吸比随着季节由秋季到下一年春季都呈现先降低后升高的规律,自养菌呼吸速率进入冬季甚至会降至零且保持此状态一个多月,异养菌进入冬季后虽然有所下降,但是很快就回升至较高值,可知与异养菌相比自养菌有较强的适应能力,且自养菌较为脆弱;这说明MAAO工艺进入冬季后COD与氨氮降解能力降低,进入春季后逐渐回升。MAAO工艺内源与准内源呼吸速率随着季节由秋季到下一年春季都呈现先升高后降低的规律,且进入冬季均会出现一定波动;相应的内源呼吸比也具有同样的规律,MAAO工艺活性污泥进入冬季内源呼吸比随之进入高平稳区,污泥活性变差,随着进入春季温度回升,活性污泥逐渐回到高效(健康)状态;而准内源呼吸比比内源呼吸比更早进入上升波动状态,但开始逐渐下降的时间一致,可知MAAO工艺活性污泥进入冬季受到较大的冲击,随着进入春季温度回升,这种冲击逐渐减小。(3)硝酸盐呼吸图谱特征是,加入硝酸盐后(BKX组)MAAO工艺活性污泥呼吸图谱OUR曲线峰值D更大,变化更为剧烈,但线型更为规整,同时起始点硝酸盐氮浓度越高,硝酸盐呼吸图谱OUR曲线峰值越高,这说明在活性污泥中加入硝酸盐能提高其呼吸图谱变化的灵敏性和准确性。(4)硝酸盐呼吸图谱表征MAAO工艺污泥除磷特性为,当污泥除磷性能越好,硝酸盐呼吸图谱(BKX组)OUR峰值D越低。(5)MAAO工艺活性污泥吸磷过程中磷酸盐、有机物浓度可用硝酸盐呼吸图谱法较灵敏地、准确地表征出来,且OUR峰值D越高,有机物与磷的去除效率越低,同时利用硝酸盐呼吸图谱(BKX组)可以建立OUR与TOC及PO43--P的线性关系,相关系数在0.83~0.96之间。