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本研究针对国电沈阳北部污水处理厂脱氮除磷效果差的问题,基于原沈阳得利满AO (Shenyang Degremont Anoxic Oxic, SDAO)工艺,根据进水低碳氮比的特点,构建了倒置A20和改良A20为升级工艺以及外加垃圾渗滤液调控污染物去除为重要组成部分的升级改造中试系统。通过现场试验,解析了水厂现有SDAO工艺未能达到有效脱氮除磷的原因,并考察了升级改造工艺对低碳氮比市政污水的脱氮除磷效果。通过中试SDAO工艺和国电沈阳北部污水处理厂污水处理系统的对比试验,表明中试SDAO工艺与水厂现有SDAO工艺的处理效果具有同步性,可模拟实际工程进行升级改造的研究。SDAO工艺对TN的去除率仅为25.7%,对TP几乎没有去除效果,进水低碳氮比及缺乏厌氧区是影响系统脱氮除磷效果的主要因素。中试试验研究表明,SDAO工艺升级为倒置A20和改良A2O工艺后,不但COD和NH4+-N维持了原工艺良好的处理效果,而且TN的去除效果得到明显提升。在COD/TN比为4.0-6.0的条件下,TN去除率由原工艺的25.7%提升至48.1%(倒置A2O)和53.8%(改良A2O),出水TN平均浓度由24.4mg/L降至17.0 mg/L(倒置A2O)和14.0 mg/L(改良A2O),改良A20工艺的脱氮效果好于倒置A2O工艺。进水中添加醋酸钠(折合COD约40 mg/L)后,COD/TN比平均为5.8的条件下,厌氧区释磷效果良好,升级工艺除磷效果得到明显的改善。改良A20工艺出水TP平均浓度由原工艺的1.35 mg／L降低至0.11 mg/L,去除率由23.4%提升至93.6%,出水水质满足GB18918-2002一级A排放标准。市政污水中混加1.8‰垃圾渗滤液并辅加少量醋酸钠(折合COD约10mg/L)后,COD/TN比平均值为4.8的条件下,改良A20工艺仍得到了良好的脱氮除磷效果,出水水质满足一级A排放标准。改良A2O升级工艺可以承担部分渗滤液的处理任务,在技术上和经济上是可行性的。国电沈阳北部污水处理厂进水中的主要荧光物质为类蛋白物质,类富里酸物质为次要荧光组分。污水生物处理系统对类蛋白物质具有良好的去除效果,而对大分子量、难生物降解的富里酸物质去除能力有限。SDAO及升级工艺具有对荧光物质相近的处理效果,市政污水中混加少量渗滤液未对改良A2O工艺出水的荧光光谱特性产生明显影响。高通量测序结果表明,倒置A2O及改良A2O工艺中菌群的Alpha多样性要高于SDAO工艺。但混加渗滤液后,改良A2O系统的Alpha生物多样性有所降低。在门分类水平上,Proteobacteria、Bacteroidetes、Planctomycetes、 Chloroflexi、Firmicutes和Verrucomicrohia类群普遍存在于SDAO工艺和升级工艺中,是活性污泥微生物的重要组成部分,但类群的相对丰度会随工艺类型、进水水质的不同而略有改变。