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水力停留时间对高效藻类塘三级与四级处理效能的影响机制研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年07月29日 来源：Algal Research 4.6
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本研究针对传统活性污泥法处理生活污水存在能耗高、新兴污染物(CECs)去除率低等问题，通过构建藻菌共生系统(HRAP)，探究不同水力停留时间(HRT:4天vs 2天)对氮磷去除、病原体灭活及CECs降解的影响。结果表明，HRT缩短至2天仍能维持54%总氮(TN)去除率、97.5%氨氮(NH4+)去除率，并实现63.7%的CECs综合去除，为污水深度处理提供了节能高效的技术方案。
随着城市化进程加速，生活污水处理面临双重挑战：传统活性污泥法虽能有效去除有机物，但其高能耗（占运营成本45-75%）和低营养回收效率制约可持续发展；更棘手的是，抗生素、消炎药等新兴污染物(CECs)和病原体在常规处理中去除有限，直接威胁水环境安全。欧盟排放标准对出水总氮(TN≤10 mg/L)、悬浮物(TSS≤35 mg/L)等指标的严苛要求，使得开发经济高效的深度处理技术成为当务之急。
西班牙巴利亚多利德大学可持续过程研究所的研究团队在《Algal Research》发表创新成果，通过构建高效藻类塘(HRAP)系统，首次系统评估了水力停留时间(HRT)对三级/四级处理效能的影响。研究采用11.25L模拟HRAP反应器，在4天和2天HRT条件下，结合生物量沉降回流策略，监测了碳氮磷去除、大肠杆菌(E. coli)灭活及44种CECs的归趋行为。关键技术包括：UPLC-MS/MS检测CECs浓度、氮平衡模型计算氨挥发损失、PAR光照调控(1307 μmol·m-2·s-1)以及基于VSS/TSS比的生物量动态调控。
环境参数调控方面，系统在27.4-31.8°C、pH 8.4-9.2条件下，溶解氧(DO)稳定在10.6±4.1 mg·L-1，为藻菌共生创造理想环境。碳氮去除数据显示，HRT从4天缩短至2天时，无机碳(IC)去除率保持50.5±26.8%，总有机碳(TOC)去除率提升至38.4±26.4%，证实系统抗负荷冲击能力。值得注意的是，尽管氨氮(NH4+)去除率超95%，出水TN仍超标（22.4±5.4 mg/L），氮平衡模型揭示27%氮通过氨挥发损失，暗示需优化氮转化路径。
病原体控制成果显著，在600 CFU/mL高负荷进水条件下，系统实现99%大肠杆菌去除率(LRV=1.75)，出水浓度(3.8±5.2 CFU/mL)远低于欧盟农业回用标准。CECs去除呈现差异化特征：9种化合物（如萘啶酸、磺胺甲恶唑）在4天HRT时检测限以下，5种（如扑热息痛、甲基帕拉金）在2天HRT时完全去除。特别发现氟喹诺酮类和抗炎药在生物量中富集浓度达1026 μg·L-1，揭示生物吸附是重要去除机制。
经济评估显示，该技术CAPEX(71.62�/pe)较膜处理降低82%，年产生物质收益21,024�可抵消部分运营成本。环境效益方面，虽然N2O排放达779 kg CO2-eq/y，但藻类固碳(96.2吨/年)实现净负碳足迹。研究创新性在于证实HRAP在短HRT下仍具稳定处理效能，为传统污水厂升级提供模块化解决方案。局限在于进水水质波动影响数据稳定性，未来需扩大中试验证。这项研究为兼顾经济性与环境可持续的污水深度处理提供了理论依据和技术范式。
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