根据住建部统计数据,2015年年末,我国的城镇污水处理率已达到91%,但水体的富营养化问题依然严重。面对改善环境质量的压力,污水厂的提标改造已迫在眉睫、大势所趋。在提标过程中,总磷TP和总氮TN的提标备受关注。相对而言,总磷的提标可以通过强化化学除磷和高效沉淀分离予以实现,而总氮则只能通过生物作用。由于影响生物脱氮效果的因素众多,致使TN成为了提标改造的难点,这种困难在低碳源污水处理系统中尤为突出。目前,投加甲醇、葡萄糖、醋酸等碳源已成为低碳源污水处理厂的必备措施。但是,大量运行实践表明,受分子扩散稀释作用的影响,这些外加碳源的利用率低。在这种情况下,利用缓释性固体碳源作为生物载体的固体碳源反硝化技术则成为了新的研究热点。论文在课题组前期研究基础上,对聚己内酯(PCL)固体碳源进行了共混改性,制备了板块状固体碳源材料,并以此为基础,构建竖直折流式反硝化反应器(Vertical fold streaming denitrification reactor,VFSDR),以生化池尾水为研究对象,按照提标改造目的,重点研究了HRT、硝酸盐负荷、温度对竖直折流式反硝化反应器(VFSDR)脱氮效果的影响,并探究了反应器中的微生物群落组成及碳耗分析。主要的研究结论如下:(1)将热塑性淀粉、聚己内酯(PCL)等共混、压片、裁剪制得板块状改性固体碳源材料,用清水释碳试验研究材料的水溶特性,发现改性固体碳源材料的释碳能力高于聚己内酯,且释碳速率稳定;用SEM观察板块状改性固体碳源材料被微生物利用前后材料的表面形态,发现材料被微生物作用后表面出现很多凹槽和孔洞,证实了微生物对材料的降解和利用;对材料进行FTIR表征,发现改性固体碳源材料中淀粉得到了较好的保留,共混的过程中PCL和热塑性淀粉有相互作用。(2)竖直折流式反硝化反应器启动需要8 d,稳定运行后出水总氮在1.14~3.56mg/L之间,不会引起出水COD超标;用蠕动泵调节反应器进水HRT,发现随着HRT的减小,出水COD逐渐降低,反硝化速率逐渐降低,总氮去除率逐渐降低,当温度在27℃~29℃之间,去除5 mg/L的总氮所需的HRT为0.5 h,去除10 mg/L的总氮所需的HRT为1 h;改变进水硝酸盐的浓度发现,其在20~40 mg/L范围内变化时,进水硝酸盐浓度越高,出水的总氮浓度越高,反硝化速率越大,当进水硝态氮浓度在40 mg/L左右时,最高反硝化速率可达13.63 mgN/(L·d),将反硝化速率与进水硝酸盐浓度进行拟合后发现二者在显著的线性相关关系(R2=0.9822);温度越低,出水硝态氮的浓度越高,脱氮效果越差,出水COD浓度越低,反硝化速率越低,当HRT为2 h时,去除5 mg/L的总氮对应的温度为15℃以上,去除10 mg/L的总氮对应的温度为20℃以上。如要使反应器在更低温度、更小HRT条件下实现总氮的稳定达标排放,可通过增加反应器内固体碳源板块的密度来实现。(3)为了研究反应器中的微生物群落组成,在三个腔室中各取三个点做高通量测序发现,生物膜中群落结构丰富,包括unclassified_f_Comamonadaceae、Acidovorax等降解菌,厌氧拟杆菌如Flavobacterium等发酵酸化菌,以及Hydrogenophaga、Denitratisoma、Bacillus等反硝化细菌,实现固体碳源材料从降解到发酵酸化再到反硝化脱氮的过程。(4)在测试的10 d内改性固体碳源材料的碳耗为2017.12 mg/d(以COD计),材料在微生物作用下碳的溶出量为1863.06 mg/d(以COD计),占理论碳耗的92.4%,说明改性固体碳源材料有机物溶出主要是由于微生物作用;反硝化过程的理论碳耗值为1.66 g改性材料/g NO3-,分析可知总碳耗为2.12 g改性材料/g NO3-,反硝化过程有机碳消耗量为总碳耗的78.3%,说明碳源消耗主要用于反硝化脱氮过程。