中文摘要：

城市污水回用是缓解水资源危机的重要途径，再生水安全回用面临的主要问题是水中氮及微污染物对生态环境和人体健康的影响。本研究从再生水回用的生态和健康安全角度考虑，基于对北京市4～5家再生水厂出水水质和相关处理工艺运行效果调查，分析现行再生水处理工艺出水水质特征及回用途径的适用性，并建立再生处理工艺技术、经济和环境安全综合效益分析方法；以再生水深度脱氮、去除内分泌干扰物、消毒副产物前体物等微污染物为目的，以提高再生水品质为目标，通过强化反硝化缓释碳源新型滤料及复合缓释碳源生物膜填料的研发与作用机理分析，探讨反硝化滤池、前置反硝化曝气生物滤池、三维电极生物膜工艺对再生水深度脱氮、去除微污染物的作用机制和运行特性；并与催化臭氧活性炭工艺耦合，研究耦合工艺技术性能与去除机制，优化确定获得高品质再生水的工艺方法与技术路线。为加快污水资源化进程、促进再生水生态和健康安全回用提供基础数据与技术参考。

结论摘要：

目前城镇污水厂尾水水质尚不能保障回用生态和健康安全性，其中氮、磷及微污染物成为限制再生水品质关键指标。污水厂尾水碳氮比低、硝化程度高，开发适合其水质特征的反硝化脱氮工艺，并同步除磷、除微污染物（如PAEs），对于污水安全回用具有促进作用。基于4种再生水处理工艺运行状况调查，分析了各工艺出水水质特征及回用途径适用性。基于4种农业废弃物释碳和反硝化脱氮特性对比，提出玉米芯适宜作反硝化碳源填料；并采用化学和生物方法对其进行改性研究。从释碳速率和品质、脱氮效率以及微生物群落特征角度，对淀粉/PVA固相缓释碳源制备技术、脱氮性能及其机制进行了研究。从3DBER工艺脱氮性能和反硝化功能菌群分布特征角度，分析了工艺脱氮机制及其强化脱氮途径。通过优化3DBER填料构成，研究了实现同步脱氮除磷除PAEs可行性。重要研究结果如下4种再生水处理工艺出水用于市政杂用水基本安全；用于其他用途时存在氮、磷或PAEs超标问题。从释碳品质、脱氮性能、微生物附着性考虑，玉米芯适宜用作反硝化碳源滤料，但需要品质改性处理。碱法预处理玉米芯TN去除率60%以上，出水TOC10mg/L以下。醋酸酯淀粉替代普通淀粉能显著改善淀粉/PVA缓释碳源品质，反硝化速率提高5倍之多。添加乳化剂、内外碳源二次包裹手段能够有效控制释碳速率和提高有效成分淀粉含量，硝氮去除率达100%，出水COD降低15mg/L以上，淀粉含量提高到58.2%。I、C/N和HRT 是影响3DBER反硝化脱氮功效主要参数。加入单质硫，能够强化自养脱氮、稳定脱氮效果及pH值，TN和NO3-N去除率提高35%和40%。系统内异养、氢自养和硫自养反硝化功能微生物共存，各种反硝化过程随进水条件变化而相互补充和促进，低C/N时硫自养反硝化功能细菌所占比例升高，约占17.65%。通过对3DBER反应器填料优化配比，能够在混合脱氮体系基础上，耦合海绵铁电化学腐蚀除磷、吸附降解除PAEs功能，实现了高效脱氮同步除磷除微污染物目的，TN、TP、PAEs去除率分别达到75、65、80%以上，出水TN、TP、PAEs满足相关标准要求。本研究在玉米芯作为反硝化碳源填料时宏观特性与微生物种群特征相关分析、淀粉/PVA固相缓释碳源释放与微生物利用机制分析、3DBER深度脱氮机制等方面成果具有理论价值和推广应用前景，对相关领域研究和发展具有重要推动作用。