碳源缺失现象普遍存在并已经成为了制约污水处理高效脱氮的重要原因,通过投加碳源强化反硝化过程是提升脱氮效率的重要途径。餐厨垃圾是城市有机固体废物的来源之一,本着“以废治废”的原则,利用其有机物含量高的特点,从餐厨垃圾制备可用碳源已成为水环境界关注的技术发展方向。基于此目的,本文以校园餐厨垃圾为基质,系统地研究了高温自由发酵和中温乳酸发酵两种碳源制备模式的特点,全面考察了发酵产物作为碳源的反硝化特性,并针对低碳氮比(C/N)生活污水处理和再生利用,开展了A/O-MBR中试研究,重点考察了碳源投加后的脱氮效率和膜污染特性。研究工作的主要成果如下:(1)提出了餐厨垃圾碳源制备的技术策略,将厌氧消化过程控制在水解和酸化阶段,以实现可用碳源的高效回收。高温自由发酵(55°C,无pH调节)能有效促进有机物水解,产物中以碳水化合物为主;中温酸性发酵(37°C,间歇调节pH至6)有利于酸化过程,能有效富集乳酸菌(Lactobacillus),产物以乳酸为主,并在OLR为14 g-TS/L·d时获得最大的乳酸产量,较高的OLR不利于乳酸发酵。(2)研究比较了不同接种对中温乳酸发酵碳源制备的影响,发现以餐厨垃圾本身作为接种时,乳酸产量最大,有机物损失量最少。微生物种群结构分析结果表明,尽管接种液中微生物种群结构差异较大,但在最优的发酵条件下,Lactobacillus能大量富集并成为优势种群,并实现基质高效转化。(3)研究提出了动态膜乳酸发酵强化技术,利用动态膜对颗粒态有机物的截留作用,延长了基质在反应器中的停留时间,增大了微生物量,强化了微生物酶活性,进而极大地提高乳酸产量。通过动态膜乳酸发酵可实现溶解性发酵产物的连续分离,从而提高发酵碳源制备效率。(4)研究揭示了中温酸性发酵条件下,有机物水解酸化过程中呈现的“碳水化合物→乳酸→VFAs”的物质转化路径,及其相关的微生物种群结构变化规律。利用未发酵、部分发酵、乳酸为主和VFAs为主的阶段产物作为碳源进行反硝化试验,结果表明,乳酸为主的发酵产物具有较高的反硝化速率和潜能,并能在C/N比大于6时实现完全反硝化。利用乳酸为主的发酵产物作为小试SBR碳源用于低C/N比实际污水处理时发现,反应器能够长期稳定运行,脱氮效率明显提高,微生物的碳源利用能力增强,微生物种群多样性丰富。(5)高温自由发酵产物虽然以碳水化合物为主,但作为外增碳源也具有良好的反硝化促进作用,且发酵液中未充分水解的颗粒态有机物也能得到生化利用,实现强化脱氮效果。以高温自由发酵产物作为补充碳源用于中试A/O-MBR系统进行低C/N比实际污水处理,结果表明,反应器能够长期稳运行定,微生物的碳源利用能力明显强化,具有降解溶解性微生物代谢产物(SMP)和复杂有机物能力的微生物种群增多,反硝化菌群相对丰度增加,脱氮效率明显提高。发酵产物投加后反应器内微生物胞外聚合物(EPS)并未明显累积,溶解性有机物(DOM)沿A/O-MBR系统处理流程逐渐降低,部分污染物被膜面泥饼层截留,长期运行过程中并未导致膜面的不可逆污染。