我国城镇污水处理厂产生的剩余污泥中,含有大量的难降解有机物和氮、磷等营养元素。若只经过减量化处理后外排,会严重威胁环境安全和公众健康。目前,厌氧酸化法是能同时实现污泥无害化和资源化的途径之一。通过厌氧酸化,污泥中的大部分有机物可以转化为挥发性脂肪酸(VFAs)和乙醇等易降解物质,回用于污水处理中,既可以解决反硝化碳源不足的问题,还能进一步提高污水的脱氮除磷效率。但一般厌氧条件下污泥产生的VFAs量很少,不足以满足实际工程中反硝化菌对碳源的需要,因此需要不断调控厌氧酸化的影响因素,提高剩余污泥的水解酸化率。同时,不同条件下剩余污泥产生的VFAs组成分布不同,而VFAs中各酸含量的不同又会对反硝化速率和硝酸盐去除率产生不同的影响。因此,本论文结合国内外污泥产酸发酵的研究进展,运用单因素调控和响应面法系统地研究了不同厌氧条件对污泥产酸及其组分的影响,并人工模拟不同组成分布的VFAs作碳源,对UASB反应器中污水的反硝化速率和脱氮率进行了初步探索。首先单一调控剩余污泥的初始pH、ORP和反应的振荡速率,以污泥发酵液中的SCOD、VFAs及其组分的变化为研究重点,根据污泥水解和产酸的效果确定各因素的最佳值。结果表明,最适初始pH为6.0或8.0,此条件下污泥能快速生成340.7 mg/L和325.8 mg/L的VFAs,酸化率分别为65.90%0、63.6%。最适初始ORP为200 mV,此时厌氧过程中pH和ORP均在水解酸化菌的适宜范围内。虽然初始ORP对VFAs产量影响不大,且各组分含量在厌氧过程中基本保持不变,但较低的ORP有利于增加戊酸的含量并使乙酸长时间积累。振荡速率和发酵时间密切相关,60 r/min、反应4h和150r/min、反应12h都取得了较好的产酸效果,VFAs产量分别为318.0 mg/L和278.2 mg/L,酸化率各为65.3%、59.3%。此外,振荡速率对丙酸的形成影响较小,而高振速下出现了乙酸的累积。为研究多因素之间的相互作用,本论文采用响应面法设计污泥SS、初始ORP和振荡速率的不同组合条件,对嗜热菌处理后的剩余污泥进行厌氧酸化,通过分析响应面图和拟合方程,确定污泥发酵液中SCOD、VFAs及其组分、乙醇、蛋白质和糖类含量最大时的最适条件。实验表明,污泥SS对剩余污泥产生的VFAs总量影响不大,而初始ORP和振荡速率较低的条件则有助于VFAs的积累。这是由于初始ORP较低能使发酵过程的ORP控制在水解酸化菌适宜的范围内,振荡速率较低则能使污泥中的有机物与微生物长时间充分接触。最适条件8.0 g/L、0 和 60 r/min下VFAs产量最大为1400.8 mg/L,约是原污泥的29倍。同样,SCOD受SS影响很小,在混合状态相同时高浓度污泥并没有生成更多的可溶性有机物。预测的SCOD最大值是8331.7 mg/L,对应的最适条件为8.0 g/L、143.7 mV和60.0 r/min。此外,发酵液中乙酸和乙醇的含量与SS和振荡速率密切相关：丙酸和丁酸的含量受初始ORP的影响较大,这可能是由于初始ORP的变化容易引起剩余污泥产酸过程中发酵类型的改变,从而造成丙酸或丁酸的积累：SS和初始ORP相互影响了戊酸和蛋白质：而厌氧菌的发酵可能多以糖降解为主,使得糖类累积量很少,三因素对其作用规律仍未可知。最后研究了不同组成分布的VFAs作碳源对硝酸盐去除的影响。用不同比例的乙酸和丙酸制成混合酸后,污水的反硝化速率和脱氮率都比较高。其中乙／丙为1：2时降解最快,脱氮率最高为97.5%。硝酸盐氮的降解速率还与丙酸含量呈一定的正相关。这也证明了VFAs中丙酸比乙酸更适合作反硝化碳源。当不同体积比的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸作反硝化碳源时,污水的反硝化速率和脱氮率差异很大。结果显示,四种酸的最佳体积比为30%：60%：5%：5%,此时各酸含量分别为482.5 mg/L、205.7 mg/L、52.3 mg/L和26.9 mg/L。该比例下虽然反硝化速率不是最快,但出水中硝酸盐氮浓度会随反应时间不断下降,达到2.0 mg/L以下,脱氮率最高为97.5%,实现了污水的深度脱氮。此外,增加丁酸和戊酸的含量对污水中硝酸盐的快速降解也能有一定的促进作用。