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随着污水排放标准不断地提高,我国污水处理厂出水水质要求将面临比较严峻的挑战。由于土地短缺、投资过高等原因,建设新的污水处理厂难度较大。我国现状污水处理厂采用的传统二级处理工艺对TN、TP的去除效率有限,出水水质可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准要求,但不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（征求意见稿）的“特别排放限值”要求（主要指标:COD≤30mg/L、NH3-N≤1.5mg/L、TN≤10mg/L、TP≤0.3mg/L）。同时,传统的城镇污水二级处理工艺还存在着生物污泥产生量大,剩余污泥处理处置难度大、费用高的难题。因此,研究一种能够达到更高排放标准且实现污泥减量的二级处理工艺具有重大现实意义。本论文基于与传统二级处理工艺一致的水力停留时间,研究建立了活性污泥与固定载体生物膜耦合工艺中试装置,在对传统工艺不作重大改造的前提下,实现出水水质提升和剩余污泥减量。为了低成本地达到提升水质和减少污泥产量的目的,本研究主要采取了以下措施:1.通过加大混合液回流量和缺氧搅拌强度,以及在缺氧区添加固定式填料的手段强化工艺的反硝化能力;2.不改变原工艺缺氧池的水力停留时间,降低改造费用;3.在好氧区添加固定式填料,在实现同步硝化反硝化作用的同时,利用微型动物捕食作用实现污泥减量。利用Box-Behnken曲面设计,探讨包括好氧池DO值、混合液回流比、污泥浓度和缺氧搅拌强度的4个因素及其相互作用对出水水质的影响程度,建立回归模型,综合考虑出水水质的整体质量,寻找最优运行参数,实现减少工艺运行能耗的目的。研究结果表明,好氧池DO值与污泥浓度对出水水质的影响比混合液回流比与缺氧搅拌强度更为显著,且好氧池DO值与污泥浓度存在着显著交互作用。中试工艺以最佳条件运行（好氧DO值为3.9mg/L,混合液回流比为150%,污泥浓度为4900mg/L,缺氧搅拌强度为170w/t）,好氧DO值为3.9mg/L时,高溶解氧浓度能提高工艺COD、NH3-N的去除效果,能加快COD的去除和NH3-N向硝氮的转化,为反硝化提供丰富的物料基础。提高混合液回流比,能使更多含硝氮混合液回流到缺氧区为工艺反硝化提供物料基础,增大脱氮能力。提高污泥浓度有助于系统对有机物的去除。适当提高搅拌强度能使缺氧区泥水混合均匀,充分利用工艺的反硝化水力停留时间。根据响应面结果调试工艺运行工况,工艺出水水质COD浓度为28mg/L、NH3-N浓度为0.47mg/L、TN浓度为8mg/L,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准（征求意见稿）》的特别排放限值要求。利用耦合工艺装置处理多种类型的生活污水,其结果表明:耦合工艺装置在处理常规、低温、低浓度和高浓度生活污水都具有较理想的处理效果。（1）常规污水,COD进水均值202mg/L,出水均值15.39mg/L、NH3-N进水均值17.45mg/L,出水均值0.19mg/L、TN进水均值21.83mg/L,出水均值7.63mg/L、TP进水均值1.94mg/L,出水均值0.18mg/L。（2）低温污水,COD进水均值146.63mg/L,出水均值20.51mg/L、NH3-N进水均值16.92mg/L,出水均值0.43mg/L、TN进水均值22.06mg/L,出水均值7.93mg/L、TP进水均值2.35mg/L,出水均值0.27mg/L。（3）低浓度污水,COD进水均值108.07mg/L,出水均值12.53mg/L、NH3-N进水均值16.99mg/L,出水均值0.25mg/L、TN进水均值20.79mg/L,出水均值7.85mg/L、TP进水均值1.77mg/L,出水均值0.23mg/L。（4）高浓度污水,COD进水均值220.99mg/L,出水均值15.55mg/L、NH3-N进水均值26.54mg/L,出水均值0.32mg/L、TN进水均值32.41mg/L,出水均值7.25mg/L、TP进水均值1.73mg/L,出水均值0.3mg/L。耦合工艺装置处理各类污水,装置出水均能稳定并满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（征求意见稿）的“特别排放限值”要求,即达到准地表IV类标准。通过对耦合工艺的剩余污泥进行产量统计计算,得出以下计算结果:耦合工艺每处理1万吨污水产生的剩余污泥量为4.05吨（80%含水率湿污泥）,低于所在污水处理厂每处理1万吨污水平均产生5.1吨（80%含水率湿污泥）剩余污泥的数据,污泥减量效果约为20.6%。对耦合工艺各池的悬浮污泥和填料载体进行取样镜检,镜检结果表明:耦合工艺具有种类丰富的原生动物和后生动物,其工艺环境能够促进后生动物富集,通过后生动物对污泥的捕食和筛选,能够提高污泥活性,有利于形成更加丰富稳定的污水处理系统生态结构。在出水水质相同的情况下,将A2O工艺改造为耦合工艺时不更改池体、不需要停产,其改造成本显著低于将其改造为MBBR工艺。在运行方面,耦合工艺吨水电耗约为0.6kwh/t,MBBR工艺吨水电耗约为0.74kwh/t。因此,耦合工艺整体运行成本低于MBBR工艺。本论文开展耦合工艺处理实际城市生活污水中试实验应用研究,以期为城市污水处理厂提标改造提供一种可行的改造方向,为后续工艺运行调整提供可靠且科学的依据。