随着我国环保事业的发展及国家对水环境污染控制与治理的高度重视,“十二五”期间,我国有很多城市污水处理厂出水水质的排放标准,由原来的二级标准或一级B标准提标改造为一级A标准。2015年国务院发布的《水污染防治行动计划》中,把强化城镇生活污染治理列入“全面控制污染物排放”的总体要求中,按照国家新型城镇化规划要求,到2020年全国所有县城和城市的污水处理率应分别达到85%、95%左右。因此,加快城市污水处理设施建设和改造,对现有城市污水处理设施进行因地制宜的改造,仍是“十三五”期间的重要任务。我国大多数污水处理厂采用同步生物脱氮除磷工艺(如:A2O等),目前许多污水厂生物段出水的总氮(TN)难以达到一级A标准,面临出厂水TN超标或难以稳定达标的问题,其主要原因是城市污水有机碳源不足(碳氮比低于4)。工程中常采用取消初沉池的设计方案来提高进入生化反应池中的有机碳源,以降低二级出水中的TN浓度。但是,取消初沉池后,大量颗粒性无机物和有机物进入曝气池,造成剩余污泥产量和曝气能耗均有所增加;另外,反硝化碳源组分的结构发生变化,对反硝化速率产生影响;而且,在一定的缺氧池容内(即一定的水力停留时间内)能够作为反硝化有效碳源作用的CODSS效能有待考察。准确预测和深入分析城市污水水质分布特征及污染物负荷,是合理确定城市污水处理工艺方案、处理设施工艺参数、附属辅助设备操作特性并保证出水水质稳定达到处理目标的必要条件。反硝化速率则是设计城市污水处理厂生化反应池缺氧区及缺氧选择池的重要依据。本文主要研究内容包括:(1)对j市两座城市污水处理厂近三年的实际水量和水质调研测试的基础上,采用数学统计法系统地分析j市污水量变化规律;分析主要污染物(cod、bod5、ss、tp、nh3-n和tn)浓度的变化特征和概率分布;分析城市污水可生化性及有机物、氮、磷之间的比例关系等;(2)采用动态沉淀试验装置,以沉砂池出水为进水考察沉淀装置在不同时间条件下对cod及ss的去除效果及沉淀出水中碳源组分的结构变化;(3)取污水处理厂沉砂池和初沉池出水,考察初沉池对几个主要碳源指标的去除效果,对比两者在碳源组分的结构上的变化;(4)采用间歇式反硝化试验方法,考察了污水处理厂沉砂池、初沉池出水为进水的反硝化过程中,对no3-n及cod的去除规律,并用动力学方法研究两者反硝化特征的差异。得到主要研究结果如下:(1)j市第一污水处理厂三年进水量平均值为(2.01±0.18)万m3/d,变差系数为9.04%;第二污水处理厂三年进水量平均值为(9.59±1.33)万m3/d,变差系数为13.91%。污水量较为平稳,符合污水处理厂进水特征。(2)j市污水bod5、cod、ss和tp指标样本为正偏态分布,而nh3-n和tn样本为负偏态分布。(3)1972个cod样本均值为361.52mg/l,中间值是336mg/l,概率分布较高的浓度范围在282mg/l~468mg/l,其累积概率为69%;达到累积概率95%所对应的cod浓度为620mg/l;2032个bod5样本均值140.95mg/l,中间值是130mg/l,概率分布较高的浓度范围在100mg/l~175mg/l,其累积概率为72%;累积概率达到95%时对应的bod5浓度为265mg/l;2034个ss样本均值为190.96mg/l,中间值是182mg/l,概率分布较高的浓度范围在108mg/l~225mg/l,其累积概率为70%;累积概率达到95%所对应的ss浓度为350mg/l;2003个nh3-n样本均值为50.75mg/l,中间值是51.24mg/l,概率分布较高的nh3-n浓度范围在34mg/l~69mg/l,其累积概率为83%;达到累积概率95%对应的nh3-n浓度为78mg/l;2034个tn样本均值为56.95mg/l,中间值是57.66mg/l,概率分布较高的tn浓度范围在39mg/l~80mg/l,其累积概率为85%;达到累积概率95%对应的tn浓度为84mg/l;2034个tp样本均值5.85mg/l,中间值是5.61mg/l,概率分布较高的浓度范围为3.9mg/l~7.2mg/l,其累积概率为76%;达到累积概率95%对应的tp浓度为9.3mg/l。(4)1983个bod5/cod样本均值为0.41,中间值为0.39。bod5/cod分布在0.2~0.4之间的概率为62.9%,分布在0.4~0.6之间的概率为25.2%,污水可生化性较强,但有难生物降解物质;1999个bod5/tn样本均值为2.58,中位值在2.39。bod5/tn分布在1~3.3之间的概率为89.7%,bod5/tn比值大于4的概率不到10%,在多数情况下污水不能满足反硝化对碳源的需求。(5)沉砂池出水中含有较多的颗粒性有机物codss,codss/cod平均值为50.41%,vss/ss平均值为42.58%;沉淀时间2h的初沉池,对cod和codss的去除率分别为25.2%、43.4%;对ss、vss和iss的去除率分别为41.6%、10.1%和61.8%。初期沉淀45min左右对碳源组分结构的影响最大,即可快速去除原水中的无机悬浮物(iss),又可保留多数颗粒性有机物(codss)。(6)反硝化试验结果表明,沉砂池出水、初沉池出水的反硝化过程均可分为快速反应期、减速反应期和慢速反应期。在碳氮比不足3的条件下,反硝化过程呈一级动力学反应。(7)取消初沉池后,no3--n去除率可提高18.5%,颗粒性有机物碳源(codss)可起到增加外碳源的作用。(8)沉砂池出水为原水时,三阶段的比反硝化速率分别为7.93mgno3--n/(gvss·h)、3.61mgno3--n/(gvss·h)、1.95mgno3--n/(gvss·h);初沉池出水为原水时,三阶段的比反硝化速率分别为8.07mgno3--n/(gvss·h)、4.19mgno3--n/(gvss·h)、1.98mgno3--n/(gvss·h)。(9)初沉池出水反硝化进行到290min时,no3--n去除率达到57%,平均反硝化速率为4.85mgno3--n/(gvss·h);反硝化进行到530min时,no3--n去除率达到76%,平均反硝化速率为3.53mgno3--n/(gvss·h)。(10)沉沙池出水反硝化进行到370min时,no3--n去除率达到70%,平均反硝化速率为4.39mgno3no3--n去除率达到83%,平均反硝化速率为3.66mgno3