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城镇生活污水具有较高浓度的氮磷含量,随着人们对水体富营养化关注度的提高,如何强化城镇生活污水中磷的去除也越来越受到重视。基于前人的研究,本文设计了旁侧化学除磷-浸没式MBR-SBR(side chemical phosphorus removal-submerged membrane-sequencing bioreactor,简称SCPR-SM-SBR)组合工艺,针对城镇生活污水强化除磷进行研究,取得以下研究成果：本研究以硫酸铝为絮凝剂,利用响应曲面法的中心组合方法探讨了A1/P摩尔比、pH值对厌氧处理后富磷水化学除磷效率的影响。响应结果表明,旁侧化学除磷模型选用二次方程模型为宜。针对厌氧处理后的富磷水,在pH为7-8、化学除磷效率高于80%的条件下,对模型进行优化,得到最佳A1/P摩尔比为3.26。通过对反应器的短期运行,研究了旁侧化学除磷上清液pH、进水COD浓度、旁侧化学除磷水量变化对SM-SBR系统脱氮除磷性能的影响。将SCPR处理后上清液回流至反应器,反应器内pH降低至7.6,但随后快速恢复至7.9,对SM-SBR系统脱氮除磷性能没有产生抑制。在以进水COD浓度为206mg/L运行时,出水TP浓度在第5天升高至6.01mg/L,厌氧释磷后TP浓度从19mg/L迅速降低至6.13mg/L,系统几乎失去除磷性能；同时,出水氨氮浓度和TN浓度也迅速增加。因此,工艺运行时,进水COD浓度不宜低于200mg/L。随着旁侧化学除磷水量的增加,除磷效率显著提高。当旁侧化学除磷水量为40%时,出水TP浓度低于0.5mg/L,氨氮去除率高于95%,TN平均去除率为84.6%,系统内硝化和反硝化作用没有受到明显抑制。在短期运行优化条件的基础上,反应器以SCPR-SM-SBR工艺连续运行102天。引入SCPR段后,出水TP浓度始终低于0.5mg/L,TP去除率高于90%,氨氮去除率保持99%以上,TN去除率无规律,但平均值高于70%。独立样本t检验结果表明,旁侧化学除磷有利于提高总磷去除效率,对聚磷菌生长无显著消极影响,对硝化和反硝化作用未产生显著抑制。对反应器运行期间磷去向平衡进行分析,结果表明,反应器总磷去除效率为93.5%,其中化学除磷效率约为32.4%,生物除磷效率约为61.05%。添加SCPR段后,跨膜压差(Ttransmembrane Pressure,TMP)增长速率加快,膜污染加快,膜组件需要清洗时间,由原来的运行26d缩短至23d。污泥粘度逐渐升高,但在一定程度上有利于减轻膜污染。对污染膜表面进行SEM-EDS分析结果表明,引入SCPR段后,膜表面不仅Al离子含量增加,而且其他离子如Mn、Ca、Mg等含量也增加。这些微量元素在污染层形成过程中起到吸附架桥作用,会加速膜污染。由此推测,添加SCPR段后膜污染速率加快有两个原因：一是膜组件负荷增加,二是沉淀积累在膜表面的微量元素的促进作用。为了减轻膜污染,本研究在厌氧段采用N2冲洗。试验结果表明,N2冲洗使清洗周期延长8天,同时促进了污泥粘度的提高。因此,厌氧段采用N2冲洗可以有效降低膜污染的速率。以qPCR和PCR-DGGE技术为研究手段,探讨了反应器运行不同阶段和位置的污泥中微生物群落结构的变化。qPCR结果表明,氨加单氧酶基因(amoA)相对丰度基本稳定,解释了反应器一直保持较高的氨氮去除率的原因。亚硝酸盐还原酶基因nirS和nirK相对丰度变化不同,而亚硝酸盐还原酶由nirS或nirK功能基因控制,因此暂时无法判定对脱氮菌群的影响。聚磷酶基因ppK相对丰度增大,表明生物除磷效率的提高。PCR-DGGE结果表明,SCPR-SM-SBR工艺长期运行后,硝化菌(Nitrospira sp.)数量增多,反硝化菌(Thauera sp.Dechloromonas sp.Ferribacterium sp.)数量减少,解释了反应器运行过程中表现出的脱氮性能的变化。聚磷菌(Candidatus Accumulibacter sp.)增多,成为优势菌种,表现出生物除磷效果的强化。采用N2冲洗时,硝化菌(Nitrospira sp.)和反硝化菌(Thauera sp.Dechloromonas sp.)不再成为优势菌,可能是由于反应器内氮气浓度较高,反硝化作用受到抑制所致。