【摘 要】
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随着人类社会经济水平的逐步提升,现代社会对生活污水处理的要求也随之提高。传统生物脱氮工艺虽然能够对污水中的氮元素进行有效的去除,但是存在着能耗过高,碳源不足等问题。而厌氧氨氧化工艺由于其低能耗、低COD需求等特点被视为新型生物脱氮工艺的发展方向。厌氧氨氧化工艺有短程硝化-厌氧氨氧化（PNA）以及短程反硝化-厌氧氨氧化（PdNA）两种实现途径,而其实现的关键均是NO2--N的稳定供应。相比于PNA工
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随着人类社会经济水平的逐步提升,现代社会对生活污水处理的要求也随之提高。传统生物脱氮工艺虽然能够对污水中的氮元素进行有效的去除,但是存在着能耗过高,碳源不足等问题。而厌氧氨氧化工艺由于其低能耗、低COD需求等特点被视为新型生物脱氮工艺的发展方向。厌氧氨氧化工艺有短程硝化-厌氧氨氧化（PNA）以及短程反硝化-厌氧氨氧化（PdNA）两种实现途径,而其实现的关键均是NO2--N的稳定供应。相比于PNA工艺,PdNA工艺能够避免对NOB抑制的要求,同时具有控制策略更为简单,脱氮率更高等优点。尽管如此,PdNA工艺作为一种新型污水处理工艺在诸多方面仍有待进一步研究。本研究建立了一个包含多步硝化-反硝化以及厌氧氨氮化的PdNA反应体系生物动力学模型,并通过独立第三方实验数据对该模型进行了验证和评价。同时,本研究还利用该模型对一个基于PdNA过程的主流Anammox工艺（包含高效污泥（HRAS）单元、硝化控制（AvN）单元、短程反硝化-厌氧氨氧化（PdNA）单元）进行了工艺评估以及优化,通过模型对主要工艺参数对工艺各单元的影响进行了理论评估,同时也对常规曝气控制策略在应对外部扰动方面的效果进行了一定的探讨,并在全厂尺度上对比了该基于PdNA原理的主流Anammox工艺与常规AO工艺在出水水质、运行成本等方面的情况。主要研究结论为:（1）模型评价结果显示,相比于传统的Monod形式,Logistic形式的生物动力学函数方程能较好的模拟NO2--N和NO3--N的变化趋势,且对短程反硝化到完全反硝化的突变过程的模拟效果最好。（2）HRAS单元模拟结果显示,低泥龄、高沉淀系数有利于提升HRAS单元的COD回收率;低泥龄、低回流比、高溶解氧有利于降低HRAS单元的出水COD浓度。基于HRAS单元出水COD水平的曝气控制策略能很好帮助HRAS单元应对温度扰动,水力负荷扰动,进水COD浓度扰动。（3）AvN单元模拟结果显示,高泥龄、低回流比、高温、高溶解氧有利于系统的硝化反应效果;N2O的溢出趋势则和曝气功率呈现正相关关系。基于AvN单元出水NH4+-N和NO3--N水平的曝气控制策略能很好帮助AvN单元应对温度扰动、水力负荷扰动、进水COD浓度扰动。（4）PdNA单元模拟结果显示,低回流、高温、高过滤筛系数有利于PdNA单元脱氮;过高或过低的泥龄和投碳比都不利于PdNA单元脱氮。基于PdNA单元反应池NO3--N水平的投碳控制策略对PdNA脱氮稳定性提升有限,且会造成NO3--N残留。（5）连续动态模拟结果显示,PdNA工艺在出水总COD、总氮、NH4+-N等方面都明显优于传统AO工艺。传统AO工艺相比于PdNA工艺需要更多的外加碳源、以及更高的曝气功率。总体而言,本研究显示PdNA工艺在出水水质以及资源消耗方面都优于传统AO工艺。
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