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我国水资源短缺和水环境污染状况十分严峻,面临着用水量需求不断增加、水资源总量严重不足、水环境质量不断恶化的多重压力。废水深度处理回用,不仅可减少污染物排放,还能大量节约水资源,推动经济社会的可持续发展。城市市政污水量大面广、污染程度轻、水质相对好、处理难度低、回收潜力巨大。然而,目前大多数城镇污水处理工艺尚无法满足处理出水直接回用的要求,因此,针对城市市政污水二级出水的资源化回用,研究开发技术先进、高效节能、流程简单、结构紧凑和占地面积小的市政污水二级出水深度处理工艺技术。基于此,本文拟在系统解析典型市政污水二级处理出水水质特征的基础上,重点考察缺氧/好氧（A/O）生物过滤、高级氧化和高效膜分离等生化、物化处理单元技术对二级出水中污染物的去除效果,研究开发市政污水二级出水深度处理回用关键技术与工艺,以期为污水处理及其资源化研究发展提供技术参考。A/A/O、氧化沟是目前污水厂的主流工艺,生化处理出水水质明显高于A/O工艺,但三种工艺的二级出水水质存在着较大的共性特征。三种典型工艺二级出水的有机物主要以溶解态赋存,约占75%-85%,季节性变化不明显。二级出水B/C值均小于0.3,可生化性较差。A/A/O和氧化沟工艺二级出水的各项水质指标除个别天数外基本达到一级A标准,但是A/O工艺出水总氮和氨氮含量依然很高,水质状况较不稳定。为解决这一问题,选取某A/O工艺二级出水作为后续试验用水。基于前述水质特征分析结果,市政污水二级处理出水的进一步净化应着重解决有机物、营养盐和出水浊度的控制问题。生物过滤技术具备生物氧化、过滤截留和生物絮凝等综合处理能力,可以作为市政二级出水深度处理回用工艺的核心单元。矿渣复合滤料对氨氮和磷都有着较好的吸附性能,适于作为A/O生物滤池滤料来处理污水。采用人工配水+自然挂膜的方式,按照单池好氧挂模,进而缺氧/好氧驯化的启动程序,在两个月内（55d）完成A/O生物过滤系统的挂膜启动工作,对市政污水二级出水的化学需氧量（COD）和氨氮的去除率分别稳定在60%和95%以上。在连续运行的典型稳态工况中,A/O生物过滤系统对化学需氧量、总有机碳、氨氮、总氮、总磷和浊度的平均去除率分别为63.1%、61.9%、96.9%、48.5%、41.03%和90%,出水平均COD、TOC、氨氮、总氮、总磷和浊度分别为23.27mg/L、1.52mg/L、1.49mg/L、12.67mg/L、1.97mg/L和1.3NTU。除总磷外的各项出水指标均优于一级A标准。先后考察了温度、消化液回流比等因素对A/O生物过滤反应器的有机物处理效果,当进水温度由25℃降至5℃时,处理工艺系统对COD的平均去除率由63.58%锐减至33.97%,下降了将近30%;而当进水水温为15℃左右时,COD平均去除率还能维持在51.27%左右。温度对A/O生物过滤系统氨氮的去除效果影响很大,进水温度从25℃下降至15℃时,氨氮平均去除率从91%下降至83%。不过,即使是在5℃的低温下,该A/O生物过滤反应器对氨氮的去除效率仍然可以达到80%以上,出水氨氮平均浓度为3.37mg/L,远远低于一级A标准的限值。提高混合液回流比,对A/O生物过滤系统的COD、氨氮及总氮去除效果有明显强化作用。混合液回流比从100%上升到200%,COD、氨氮和总氮平均去除率分别提高了约30%、11%和15%。采用A/O生物过滤系统深度处理市政二级出水,可取得良好的有机物和氨氮去除效果,但对磷的去除效果不佳。如果采用合适的强化物化方法,完成对磷的去除,进一步提高市政污水二级出水的可生化性,不仅可确保有机物去除达标,还有望改善反硝化碳源条件,进而提高总氮去除率。为此,又探讨了强化混凝、臭氧氧化、高铁酸盐氧化和平板陶瓷膜过滤等物化方法对市政污水二级出水的处理效果。对比了聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）以及聚合硫酸铁（PFS）三种混凝剂,对市政污水二级出水的强化混凝效果。在弱碱性条件（pH=8）下,三种混凝剂可取得最佳有机物去除效果。PFS、PAC和PAS对COD的去除率分别为39.84%、35.25%和35.65%;最佳投量分别为120 mg/L、120mg/L和80 mg/L。臭氧可氧化有机物,在0-10mg/L范围内,臭氧投加量与有机物去除呈线性关系;继续增加臭氧投量,有机物去除率提升缓慢。臭氧对二级出水中UV254的去除效果较为明显,在0-10mg/L范围内,UV254去除率与臭氧投量呈正相关趋势;臭氧氧化可破坏大多数含不饱和双键结构的有机物,改善可生化性。在实验浓度范围内,臭氧氧化对水中氨氮和磷的去除效果有限。高铁酸钾氧化可以去除二级出水中有机物,可通过絮凝作用同步去除磷和浊度,还对二级出水的可生化性具有明显改善作用。但无法去除氨氮和总氮。平板陶瓷膜膜清水通量可达到552.9L/m2·h,次临界通量为220 L/m2·h。陶瓷膜对市政污水二级出水浊度去除效果良好,去除率基本稳定在93%-96%。根据前期二级出水水质分析和强化单元试验结果,针对市政污水二级出水深度处理,提出了―预氧化-A/O生物过滤-平板陶瓷膜‖组合工艺路线和关键参数。系统连续运行试验结果表明,组合工艺处理出水水质良好,满足市政杂用水（GB/T18920-2002）和景观环境用水（GB12941-1991）的水质标准要求。