高氨氮低C/N工业废水是世界上公认的难处理有机废水。生物处理技术由于其较低的成本,应用最为广泛。但是,温度和碳源短缺是影响寒冷地区生物脱氮的主要因素。为提高微生物处理高氨氮低C/N废水能力,试验研究了电凝聚对生物脱氮的强化。本论文从实验室小试、机理分析到中试实际应用,系统地研究了电凝聚技术在低温条件下,对生物法处理高氨氮低C/N废水的强化性能。电凝聚强化SBR生物硝化试验研究。试验搭建4个SBR反应器,分别是:添加铁-碳极板（Fe-C）的周期换向电凝聚SBR反应器;添加碳-碳极板（C-C）的周期换向SBR反应器;投加一定量铁离子的SBR反应器;普通对照的SBR反应器。通过对不同反应器中污染物去除、污泥特性、硝化速率、硝化酶活性以及生物群落等分析,系统地研究了 Fe-C电凝聚装置中各个不同因素对生物硝化的影响。结果表明,电凝聚可强化生物反应器中活性污泥的硝化性能,提高硝化速率。当温度为10℃时,Fe-C电极电凝聚可大幅度提高普通SBR反应器的氨氮去除。机理研究表明,电凝聚生物系统中氨氮去除的主体是微生物,周期换向电凝聚装置主要是通过对微生物的刺激,间接影响系统的硝化性能。Fe-C电凝聚对微生物硝化作用的影响主要可分电场和铁离子两个方面。电场通过增强酶活性、提高电子转移速率来促进系统氨氮的去除;铁离子可以增强系统中活性污泥的生物量,提高Nitrosomonas（AOB）、Nitrobacter（NOB）菌含量,从而促进系统的氨氮去除。相对比而言,在Fe-C电凝聚反应器中,铁离子对活性污泥硝化的刺激效果明显,增强作用更高。电凝聚强化SBR生物反硝化试验研究。与硝化小试研究相似,试验搭建4个SBR反应器,通过对不同反应器中污染物去除、污泥特性、反硝化速率、气体生成、酶活性以及生物群落等分析,研究了 Fe-C电凝聚装置中各个因素对生物反硝化的影响。结果表明,电凝聚可强化生物反应器中活性污泥的反硝化性能,增强总氮的去除。当温度为10℃时,Fe-C电凝聚对普通SBR反应器的COD和硝态氮的提升为14.43%和18.26%。机理研究表明,电凝聚生物系统中反硝化的主体是微生物,电凝聚装置主要是通过对微生物的刺激,间接影响系统的反硝化性能。在电凝聚生物反硝化系统中,电场主要通过提供电子供体,提高传质速率,提高酶活性和Paracoccus属微生物的相对丰度来增强活性污泥反硝化性能;铁离子主要通过提高MLVSS含量和整个系统反硝化菌生物量来增强活性污泥的反硝化性能。相比较而言,铁离子的增强效果更明显。机理研究表明,电凝聚对生物系统的硝化和反硝化性能均有促进作用。在机理研究的基础上,进一步将电凝聚应用于实际高氨氮低C/N油页岩废水。但是,油页岩干馏废水属于可生化性极差的难降解有机废水。在电凝聚强化试验之前,先对中试反应器中活性污泥进行驯化。试验搭建多级A/O-MBR反应器,在碳氮比为8的条件下,逐步减少油页岩废水稀释倍数。经过72天的启动后,进水NH4+-N浓度由100 mg/L提高至1000 mg/L时,氨氮和COD的去除率分别为96.4%和99.8%。反应器中活性污泥的MLSS和MLVSS由接种时的4239 mg/L和3010 mg/L分别提升至6114 mg/L和5355 mg/L左右,活性污泥性能良好。混合液回流比试验中,当混合液回流比从100%提升至400%时,总氮去除率由84.60%提升至93.40%,当回流比从400%提升至800%时,总氮去除率仅提升至94.85%。之后,将进水碳氮比由8降至3,此时系统中COD和总氮的去除率下降至90.89%和81.27%。多段进水试验表明,二段进水可提高系统总氮的去除效果。在碳氮比为3且二段进水的情况下,系统的总氮去除率由81.27%提升至88.23%。电凝聚多级A/O-MBR系统强化低温条件下油页岩废水脱氮性能的研究。试验搭建电凝聚多级A/O-MBR系统（ECMMBR）与普通多级A/O-MBR系统（MMBR）。将驯化好的活性污泥平均分为两份,分别放置于ECMMBR和MMBR中。试验在之前MMBR驯化的基础上,再次降低碳氮比、优化试验条件、降低温度,观察分析电凝聚对多级A/O-MBR反应器在低温低C/N条件下油页岩废水脱氮性能的影响。结果表明,当进水碳氮比由3下降到2时,电凝聚对MMBR系统性能促进明显。在溶解氧为0.6-1.2 mg/L时,两个反应器亚硝酸盐氮积累率最好。ECMMBR中由于电凝聚作用增大了污泥粒径,产生了微氧环境,使得ECMMBR反应器在溶解氧相对较高情况下,仍能保持较高的亚硝酸盐积累率。在温度为10℃时,电凝聚可以提高污泥性能和硝化反硝化速率,增强脱氢酶和种群多样性;此外,ECMMBR 中Carnobacteriaceaegenus、Luteimonas和Trueperaceae的含量较高,说明电凝聚可以促进耐冷型微生物和适应烃石油类微生物生长,从而提高系统低温条件下污水处理性能。试验研究表明,Fe-C电凝聚装置耦合了电场和铁离子的双重功能,这种技术对活性污泥的刺激,不仅仅是电场与铁离子强化功能的简单叠加。Fe-C电凝聚溶出的铁离子除了与水中的污染物产生絮凝沉淀外,其还能促进微生物的新陈代谢、提高活性污泥的生长速率。而电场又能反过来进一步促进活性污泥对铁离子的吸收,这使得系统的脱氮性能进一步提升。可以看出生物电凝聚技术是耦合了电场、金属离子和微生物三种技术,这三种技术相互依存、相互促进,混合成了一种全新的混合式废水处理技术。本研究成果充分展示了电凝聚强化污水生物处理良好的应用前景,为强化寒冷地区难处理低碳氮比污水的生物脱氮提供了一条新的途径。