我国生活污水排量大、处理程度低,未能充分利用污水中贮存的丰富水资源和有机质资源,不能满足当下节能减排的需求。针对这一问题,本课题提出污泥饥饿吸附耦合铁盐强化混凝的工艺,就污泥浓度、铁盐投加量、工艺耦合方式等方面强化污泥对污水中C/N/P富集效能,捕获污水中C/N/P进行资源化利用,同时提升污水处理厂出水水质至回用标准。本文考察了“污泥饥饿吸附”工艺对污水中C/N/P捕获效能,研究表明,当饥饿污泥浓度为1500 mg·L-1时,可获得对污水中COD的最优富集率47.93%,能够有效捕获生活污水中的胶体态及颗粒态COD,但对溶解性COD的富集能力较弱,仅能截留24.9%的氨氮以及14.7%的总磷。而耦合铁盐强化混凝后的污泥捕获潜能要显著高于原泥,在三种铁剂混凝剂中,Fe Cl3·6H2O较PAFC、PFC而言具有更好的颗粒态COD吸附效能。在化学混凝前进行污泥吸附,而后加投30 mg·L-1 Fe³⁺的耦合方式对污水中COD、氨氮、总磷的富集率最大,分别可达78.96%、40.05%和95.47%。对原污泥与铁基富碳污泥特性的研究表明,对比原污泥,投加Fe³⁺后富碳污泥的有机质含量提高23%;而当Fe³⁺剂量超过30 mg·L-1后,Fe³⁺水解形成的胶体结构限制了污泥絮体中胞外聚合物的外延,污泥粒径减小11.9%。此外,Fe³⁺可能与絮体污泥中呈电负性的基团结合,进而使得污泥粒径下降。表面负电荷最大降低28.9%,而表面位密度最大升高75%,吸附位点增加,有利于细菌着床并吸收固定污水中有机质,促进污水有机质向污泥相中迁移转化。铁盐中Fe³⁺对污泥富碳效能强化作用的研究表明,根据EPS荧光染色结果分析,受Fe³⁺电中和及吸附-架桥作用的共同影响,污泥絮体内部组分含量、分布发生改变,富碳污泥形成了“蛋白质外膜-β多糖内核”的双层结构;而DO消耗多集中于表面,证明铁基富碳污泥结构紧实、过渡区短,不宜于发生微生物游离;结合铁基富碳污泥与原污泥抗水解强度和抗剪强度研究可知,污泥絮体不仅具有吸附容量、不易解析释放吸附相,还应具备一定的结构完整性,相比于原污泥的松散结构更有利于抵抗外界冲击,有利于絮凝沉降。考察Fe³⁺的投加剂量对富碳污泥微生物活性、群落结构的影响,结果表明,当Fe³⁺剂量不超过30 mg·L-1,脱氢酶活性和比好氧速率均呈上升趋势,活性污泥微生物活性增大,有利于菌体对污水中有机物的氧化;但氨摄取速率不理想,证明铁盐混凝对污泥吸附水中氨氮几乎不具有促进效果。此外,若Fe³⁺残留达到一定浓度时,也会对微生物造成毒害,进而导致活性污泥对污水中有机质的捕获富集效果变差。本研究提出了利用“污泥饥饿吸附耦合铁盐强化混凝”进行污水能源资源回收的方法,能够实现对污水中C/N/P等能源资源物质的快速捕获、富集和存储,产生资源能源回收潜力较高的铁基富碳污泥,为污水能源资源高效回收新技术研发提供理论与技术支持。