低碳污水生物处理技术

碳源不足是影响城市污水生物脱氮除磷效果的主要原因，如何在碳源有限的条件下实现良好的氮、磷去除是城市生活污水处理的一大难点。本书以低碳污水生物处理技术为主线，主要介绍了同步硝化反硝化除磷工艺，旨在揭示污水生物处理过程中污染物去除特性与功能菌群代谢活动，为解决低碳污水处理面临的高能耗、低效率问题提供思路。
本书可供污水处理工程技术人员、科研人员与管理人员阅读参考，也可供高等学校给排水工程、环境科学与工程及相关专业师生参阅。

解舒婷，环境科学与工程专业博士，山西工程科技职业大学设备工程学院讲师，主要从事市政污水生物脱氮除磷理论与技术、流域污染物控制等方面的研究工作，主持、参与国家 级项目1项、省部级项目5项；发表SCI学术论文10余篇。

同步硝化反硝化除磷（SNDPR）技术能够在单一反应器内实现低碳氮比城市生活污水碳、氮、磷的同步去除，开展SNDPR工艺的相关研究并探索系统菌群结构调控具有重要意义。 本书针对城市低碳污水处理，主要介绍了污水生物处理基本原理，同步硝化反硝化除磷工艺特点、启动方式和运行稳定性，同步硝化反硝化除磷工艺调控策略和效果分析，磷剥夺对同步硝化反硝化除磷工艺系统的影响，聚糖菌与聚磷菌的反硝化特性与代谢机制， 限氧同步硝化反硝化颗粒污泥系统，同步硝化反硝化除磷工艺系统模型及应用。 ★污水生物脱氮除磷的研究背景，生物脱氮除磷原理与传统、新型工艺，生物处理模型发展与应用 ★对同步硝化反硝化除磷工艺的快速启动条件、氮磷去除特性与微生物活性进行了探究 ★高浓度亚硝酸盐对微生物群落结构、代谢活性的影响，观测、研究了生物脱氮除磷系统对高浓度亚硝酸盐暴露的代谢相应与污染物去除特性 ★对聚磷菌在长期磷剥夺的情况下的代谢进行了研究，观测了“磷剥夺-供磷”对工艺脱氮能力的影响 ★聚磷菌与聚糖菌的反硝化特性、电子传递链活性以及脱氮能力 ★在限氧环境下的同步硝化反硝化除磷的快速颗粒化以及功能菌的富集 ★活性污泥反应动力学模型，通过模型揭示系统氮、磷的去除路径

随着我国水环境污染整治力度的加大，城镇污水处理厂氮、磷污染物排放标准日趋严格。而在污水厂实际运行中，由于受纳污水水质、水量的变化，季节温度等条件的影响，导致污水厂出水水质的波动，出水氮、磷难以达标。碳源不足是影响城市污水生物脱氮除磷的主要原因，如何在碳源有限的条件下实现良好的氮、磷去除是城市生活污水处理的一大难点。
同步硝化反硝化除磷（SNDPR）技术能够在单一反应器内实现低碳氮比城市生活污水碳、氮、磷的同步去除，受到了越来越多的关注，但目前对此认识不足。因此开展SNDPR工艺的相关研究并探索系统菌群结构调控具有重要意义。
本书旨在研究SNDPR工艺快速启动和长期稳定运行过程，并通过污染物去除和微生物群落演替规律，揭示污水氮、磷去除特性，基于SNDPR系统的反应过程分析，建立了ASM2D活性污泥反应动力学模型。为解决我国低碳含量污水处理面临的能耗高、效率低等问题提供新思路。
本书第1章介绍了污水生物脱氮除磷的研究背景，生物脱氮除磷原理与传统、新型工艺，生物处理模型发展与应用；第2章对同步硝化反硝化除磷工艺的快速启动条件、氮磷去除特性与微生物活性进行了探究；第3章介绍了高浓度亚硝酸盐对微生物群落结构、代谢活性的影响，观测、研究了生物脱氮除磷系统对高浓度亚硝酸盐暴露的代谢响应与污染物去除特性；第4章对聚磷菌在长期磷剥夺的情况下的代谢进行了研究，观测了“磷剥夺供磷”对工艺脱氮能力的影响；第5章介绍了聚磷菌与聚糖菌的反硝化特性、电子传递链活性以及脱氮能力；第6章探究了在限氧环境下的同步硝化反硝化除磷的快速颗粒化以及功能菌的富集；第7章介绍了活性污泥反应动力学模型，通过模型揭示系统氮、磷的去除路径。
本书是著者在低碳污水处理领域研究成果的有机整合，研究内容受到山西省基础研究计划(自由探索类)项目（202303021212309），山西省住房和城乡建设厅科学技术计划项目（JJKJ2024020）的资助，在此表示感谢！感谢山西工程科技职业大学对笔者研究工作的支持与帮助！
限于著者水平及编写时间，书中存在不足和疏漏之处在所难免，敬请读者提出修改建议。

第1章 绪论 001
1.1研究背景001
1.2污水生物脱氮002
1.2.1传统生物脱氮原理002
1.2.2新型生物脱氮原理004
1.3污水生物除磷008
1.3.1生物除磷原理008
1.3.2反硝化聚磷与好氧聚磷011
1.3.3聚磷菌与聚糖菌的竞争012
1.4同步硝化反硝化除磷工艺015
1.4.1SNDPR工艺污染物去除特征015
1.4.2SNDPR工艺的运行条件016
1.4.3SNDPR工艺的限制因素及解决策略018
1.5活性污泥数学模型及应用019
1.5.1活性污泥数学模型进展019
1.5.2活性污泥数学模型应用020
1.6课题主要研究内容及技术路线022
1.6.1研究内容022
1.6.2技术路线023

第2章 SNDPR系统的快速启动与氮磷去除特性 025
2.1概述025
2.2材料与方法026
2.2.1反应器装置及运行模式026
2.2.2合成废水与接种污泥027
2.2.3分析方法027
2.2.4同步硝化反硝化（SND）效率计算028
2.2.5微生物群落分析028
2.3结果与讨论028
2.3.1SNDPR系统的碳、氮、磷去除特性028
2.3.2强化释磷快速富集聚磷菌030
2.3.3不同碳氮比下的氮磷去除特性032
2.3.4微生物群落特性034
2.4本章小结036

第3章 高浓度亚硝酸盐对SNDPR系统菌群的调控机制 037
3.1概述037
3.2材料与方法038
3.2.1试验装置与运行模式038
3.2.2合成废水039
3.2.3分析方法039
3.2.4FNA浓度计算039
3.3结果与讨论040
3.3.1高浓度亚硝酸盐对系统氮磷去除的影响040
3.3.2高浓度亚硝酸盐下系统的应激反应042
3.3.3高浓度亚硝酸盐对系统微生物群落的影响043
3.3.4亚硝酸盐策略对SNDPR系统的作用机理探究045
3.4本章小结046

第4章 磷剥夺对SNDPR系统的影响 048
4.1概述048
4.2材料与方法048
4.2.1试验装置与运行模式048
4.2.2合成废水049
4.2.3分析方法050
4.3结果与讨论050
4.3.1聚磷菌对磷剥夺的响应050
4.3.2磷剥夺对系统污染物去除的影响052
4.3.3磷恢复后系统污染物的去除特征054
4.3.4磷剥夺对系统微生物群落的影响056
4.4本章小结059

第5章 聚糖菌与聚磷菌的反硝化特性与代谢机制 060
5.1概述060
5.2材料与方法061
5.2.1试验装置与运行模式061
5.2.2合成废水061
5.2.3分析方法062
5.3结果与讨论063
5.3.1不同系统的污染物去除特征063
5.3.2不同系统下NADH的积累特征与亚硝酸盐反硝化特征066
5.3.3NADH的积累和DPAOs和DGAOs对亚硝酸盐应激反应的产物067
5.4本章小结070

第6章 限氧同步硝化反硝化颗粒污泥系统的性能探究 071
6.1概述071
6.2材料与方法071
6.2.1试验装置与运行模式071
6.2.2批次试验072
6.2.3分析方法073
6.2.4计算074
6.3结果与讨论075
6.3.1系统污泥特性075
6.3.2系统中COD,N,P去除特征078
6.3.3系统氮磷代谢路径083
6.3.4微生物群落分析086
6.3.5低氧颗粒形成及其优势087
6.4本章小结089

第7章 SNDPR系统模型研究 090
7.1概述090
7.2材料与方法090
7.2.1试验数据090
7.2.2模型参数敏感性分析方法091
7.2.3模型参数的智能优化方法093
7.2.4模型评估方法094
7.3模型进展095
7.3.1模型组分的确定095
7.3.2模型化学计量学矩阵的建立096
7.3.3模型动力学表达式的建立103
7.3.4模型参数106
7.4模型参数的校准和智能优化108
7.4.1模型关键参数的挑选和取值范围108
7.4.2厌氧贮存内源反硝化和厌氧释磷反硝化聚磷过程110
7.4.3好氧聚磷和外源反硝化过程115
7.5模型结果分析121
7.5.1An/A过程分析121
7.5.2An/MO过程下好氧聚磷分析124
7.5.3An/MO/A过程分析125
7.5.4模型评估分析127
7.5.5SNDPR系统除磷机理分析132
7.6本章小结135

参考文献 136