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水资源、能源的短缺以及水环境质量的恶化日益成为社会经济发展的瓶颈，提高污水处理率和处理程度，加强污水处理厂的脱氮除磷效能、降低污水处理能耗成为当务之急。在传统的污水处理技术中，一方面污水被当作污染物处理后尽快排放，而污水中蕴涵的大量能源被忽略，另一方面，由于传统脱氮除磷工艺中脱氮与除磷在反应基质（碳源）和反应空间之间的竞争和矛盾，使得传统的脱氮除磷工艺很难取得良好的N、P同时去除的效果，往往要耗费大量外加能源才能获得去除营养盐的满意效果。近年来，一些新型脱氮除磷机理及工艺的开发为解决脱氮与除磷之间的矛盾提供了一个契机。在这之中，城市污水厌氧消化技术可有效回收有机物中的能源甲烷且污泥产量低，厌氧氨氧化技术以NH4N和NO2N分别作为电子供体和受体，在缺氧条件下完成氮的去除，且无需外加碳源和碱度的中和，与传统生物脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术可节省***%的供氧量和50%的耗碱量，无需消耗有机碳，且产泥量仅为传统生物脱氮过程的15%，因此，自被发现至今，厌氧氨氧化技术便受到青睐；但迄今为止人们对该技术的研究大都集中于高氨废水的处理，且厌氧消化和厌氧氨氧化都对温度有较高要求。而对于城市生活污水处理系统而言，其必须面对日益降低的C/N比带来的脱氮困境，同时亦必须克服由于原污（废）水温度的变化给处理系统带来的影响。若单纯为实现厌氧氨氧化而耗能提高废水温度，则随之而来的成本和能耗大幅提升又将成为该新技术推广应用的一大障碍。与此同时，城市污水作为一种较理想的清洁低位冷热源，对其进行有效地开发和利用也日益受到国内外的关注并逐渐得到推广应用。污水热泵系统由于热源稳定、成本较低、无需设烟囱、冷却塔等室外构筑物设备，因此，污水与热泵一起使用成为区域供热供冷的一种理想热源，随着污水水源热泵技术的日趋完善，越来越多的中大型污水源热泵系统工程正在拟建和筹建之中。基于此，本课题开发了一套基于能源循环利用的污水处理节能新工艺，从污水自身能源开发利用和污水处理技术的革新两方面入手，从而实现了污水处理过程的节能高效。一方面通过开发适合城市污水处理的厌氧消化去除有机物、回收能源的厌氧氨氧化节能脱氮处理工艺，从污水处理工艺技术本身实现低能耗处理污水；另一方面，利用污水热泵技术，将污水中的热源循环利用于污水处理工艺之中，为厌氧消化及厌氧氨氧化菌成长提供有利的高温生境，有效削减了利用燃料对污水升温带来的二次污染和高能耗问题，同时从处理后的尾水中吸收冷源，实现对外供冷。本研究将污水热泵供热供冷系统应用于新式节能污水处理工艺中，有效利用了城市污水中蕴含的大量清洁能源，降低了城市污水处理的能耗，减少了煤炭等外部能源的利用，从而相应降低了COX、NOX、SOX及粉尘污染物的产生量，可减轻夏季城市高温热岛现象，对降低污水处理能耗、提高污水处理效能、减轻大气污染具有重要意义。尤其是国家自十二五时期开始将氨氮纳入总量控制指标后，许多已建污水处理厂将面临脱氮除磷工艺的升级改造，开发一种循环利用污水能源的节能高效污水处理工艺，将具有十分重要的现实意义和广泛的推广价值。