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随着活性污泥法的普遍使用,剩余污泥过多难以处置和污水碳源不足导致脱氮效果差是污水处理厂面临的两大难题。针对这些难题,本文提出旋流释碳方法,利用低能耗旋流释碳器将内回流活性污泥内的部分有机物质释放到水相中,用于补充碳源促进反硝化脱氮,同时消耗活性污泥中的可降解代谢废物,从源头上减少了剩余污泥产量和提高了脱氮效率。具体地,本文针对污水处理AO (Anaerobic-Oxic)工艺内回流混合液特点,提出了AOH (Anaerobic-Oxic-Hydrocyclone,简称AOH)新工艺,新设计了公称直径25mm和35mm(DN25和DN35)的旋流释碳器,综合利用数值模拟和实验方法,考察了旋流释碳器中流场剪切强度分布规律、旋流释碳特性；重点设计AOH25和AOH35(含DN25和DN35旋流释碳器的AO工艺)工业侧线实验,在连续运行工况下考察新工艺对系统出水水质、污泥性能、脱氮效果和剩余污泥产量的影响。主要结论如下：(1)本文定量分析了旋流释碳器中流场剪切强度三维分布规律,发现强剪切区主要集中在边壁剪切区(SW)和空气柱附近区域(Sc),约占全场的22%;随着操作流量的增加,流场剪切强度增加；在操作压降低于0.05MPa的旋流流场中可以提供高达104s-1的剪切速率,为污泥絮体旋流剪切释碳和自转脱附提供了条件。活性污泥经旋流释碳后,絮体粒径减小,细胞表面胶体污染物和孔道阻塞物被清除,部分细胞壁破裂;上清液SCOD浓度平均增加了40～50%,多糖浓度增加了2%-12%,并且在一定范围内随着操作流量和释碳时间的增加而增加。实验结果与理论预测基本一致。(2)连续运行工况下,AOH工艺在污泥性能和出水水质上优于传统AO工艺。AOH工艺的活性污泥在旋流剪切力的长期作用下,沉降性能变好,污泥粒径变小且更紧实,污泥的反硝化速率平均增加了13%-29%,污泥活性增强。在出水水质方面,AOH工艺SCOD、TN、TP和SS等的去除率相比于AO工艺略有提高,AOH25工艺总体上要优于AOH35工艺,系统出水SCOD浓度降低了13.0mg/L,TN去除率提高了6.96%。在污泥减量方面,AOH25和AOH35工艺较空白组AO工艺污泥产量分别减少了42.62%和34.45%,实现了污泥资源化利用和污泥减量。旋流释碳工艺能耗低、无二次污染,具有经济和环保效益。本次研究为AOH工艺规模化工程应用提供了理论和实验依据。