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针对我国年废水排放总量大和废水处理要求不断提高的基本国情,为减轻废水对环境的影响,需要研究开发高效废水处理新技术。而废水生物处理过程中产生的大量剩余污泥的处理和处置问题也将日益严峻。本文以高效降解焦化废水和污泥减量化作为研究的出发点,以新型流化床与膜组件结合的膜生物反应器(MBR)作为核心生物处理单元,采用Fenton氧化技术对剩余污泥进行破解,将MBR与污泥Fenton氧化工艺耦合,考察其对焦化废水的降解性能,并重点关注耦合工艺对污泥减量化的过程。通过对MBR以及MBR与污泥Fenton氧化组合工艺对焦化废水处理的实验发现,稳定运行时,MBR以及MBR与污泥Fenton氧化组合工艺对焦化废水处理效率均较高,出水水质良好,但MBR需连续排泥维持稳定运行,而组合工艺可以实现废水和污泥同时处理,其污泥产率(0.0023 g·MLVSS·(g·COD)-1)接近于零,且长期运行过程中污泥活性基本没有降低。通过对MBR中同步硝化反硝化的研究发现,在不影响硝化效果的前提下,适当降低DO有利于同步硝化—反硝化效率的提高。当MBR污泥浓度控制在7800 - 8200 mg·L-1,DO为0.8 mg·L-1左右时,MBR对TN的平均去除率为91.9%。另外,较高的C/N和适当提高F/M有利于同步硝化—反硝化效率的提高。通过静态实验对MBR中进行的硝化和反硝化过程进行解析,发现在底物浓度高时,微生物优先降解有机物为主,随着底物浓度的降低,硝化和反硝化开始加速进行,并从理论上分析了MBR中矿化和硝化作用同时进行的可能性。同时发现在同步硝化—反硝化过程中,反硝化是反应速率限制性步骤。采用Fenton氧化序批式实验对污泥破解机理进行研究发现,Fenton氧化对污泥的破解过程分为两个阶段,第一阶段以活性污泥细胞破解为主,表现为混合液中污泥浓度迅速下降和溶解性有机物迅速增加;第二阶段以氧化污泥混合液中溶解性有机物为主,表现为混合液中溶解性有机物增加到最大值后不断下降。得到在常温下污泥破解的适宜条件为:pH = 3.0,H2O2投加量为8000 mg·L-1,H2O2/ Fe2+ = 40 : 1.反应时为90 min。通过对MBR(参照系统)以及MBR与污泥Fenton氧化组合工艺(组合系统)连续运行发现,参照系统与组合系统对有机物降解效率均较高。由于Fenton氧化污泥混合液回流增大了组合系统的容积负荷,组合系统对COD和TN的去除负荷均高于参照系统,其中组合系统对TN的去除负荷较参照系统高出11.3%;参照系统和组合系统连续运行的平均表观污泥产率分别为0.15 g·MLSS·(g·COD)-1和0.006 g·MLSS·(g·COD)-1。表明将部分污泥Fenton氧化后回流至MBR能有效减少剩余污泥产生的同时还能提高系统的生物脱氮效率。通过对膜通量变化的研究发现,在系统开始运行的7 d内膜通量迅速降低40%左右,之后膜通量的变化有所减缓,在低污泥浓度下运行的膜组件膜通量略高于在高污泥浓度下运行,而混合液中COD浓度是影响膜通量变化的主要因素。通过对膜污染机理的分析,采用相应的化学清洗方法对膜进行清洗,重复清洗5次后仍然可以恢复损失膜通量的50%以上。