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随着我国城镇污水处理率的不断提高,污水资源化已受到当今社会越来越多的关注。近年来,由于社会进步、工农业发展以及城镇居民生活水平的提高所带来的水污染问题日益严重。重金属、农药类、Ph ACs等痕量污染物质不仅在城镇污水处理系统的进水中发现,也在其出水中发现,一方面影响了污水的再生利用,同时危及了水环境生态安全性。本文分析了分别采用―三沟式氧化沟‖、―厌氧选择池+改良型Carrousel氧化沟‖和―曝气生物滤池‖二级处理工艺的A、B、C三座城市污水处理厂二级出水水质特征,评价了出水中Ph ACs的生态风险,最终确定了目标污水处理厂及深度处理工艺。以A污水处理厂作为目标污水厂进行试验研究,对石英砂滤料分别进行亲水、疏水及铁离子三种不同方式改性,确定了臭氧（O3）最佳投加量及反应时间,研究了―O3+MBSF‖组合工艺对污水厂二级出水中常规及痕量污染物的去除效能和去除机理,并研究了生物砂滤池生物膜微生物菌落特征。在臭氧预氧化时间为15min、投加量为3mg/L时,臭氧对二级出水中色度、UV254和COD的去除率分别为47.96%、20.30%和12.81%,二级出水的BOD5/COD值提高至0.4以上。改性试验石英砂滤料的电镜扫描结果显示:经亲水改性后石英砂滤料表面呈现出网状立体结构,比表面积增大;经疏水改性和铁离子改性后,滤料表面由于形成了一定团状堆积物而变得较为粗糙,孔隙率增大。当水力负荷为4.5m3/（m2·h）时,生物砂滤池系统中生物膜厚度均在47102μm范围内,属超薄好氧生物膜,对氨氮、有机物等有较高的去除效果。在臭氧与普通、亲水改性、疏水改性和铁离子改性四种生物砂滤池组合工艺中,亲水及铁离子改性生物砂滤池对NH3-N的去除效果最好,平均去除率分别为88.24%和83.98%,普通及疏水改性生物砂滤池分别为73.06%和69.38%,上述四种组合工艺对UV254的平均去除率分别为23.02%、27.38%、29.39%和26.46%,对COD的平均去除率分别为23.21%、34.27%、21.11%和31.45%,四种组合工艺出水色度均在12度以下,出水浊度均在2.0NTU以下。目标污水A厂二级出水中痕量污染物分析结果表明:Hg、Cd、Pb和Ni四种重金属平均浓度分别为5.572μg/L、0.707μg/L、4.017μg/L和10.312μg/L,―O3+MBSF‖组合工艺对重金属的去除主要依靠生物絮凝和生物吸附,石英砂改性方式对去除效果影响较小,四种组合工艺对Hg、Cd、Pb和Ni去除率分别为79%82%、81%86%、79%83%和81%83%;DBP、BBP、DEHP和DNOP等四种邻苯二甲酸脂类物质的平均浓度分别为0.976μg/L、1.039μg/L、0.735μg/L和7.103μg/L,臭氧与亲水改性生物砂滤池组合工艺对其表现出较高去除效果,对DBP、BBP、DEHP和DNOP的去除率分别为72.19%、68.14%、52.62%和69.30%;γ-HCH平均浓度为0.112μg/L,不同方式改性对γ-HCH平均去除率影响较小,普通、亲水、疏水和铁离子改性生物砂滤池组合工艺平均去除率分别为51.78%、59.89%、58.44%和62.29%;环丙沙星、脱水红霉素和四环素平均浓度为47.88ng/L、525.17ng/L和149.51ng/L,疏水改性生物砂滤池组合工艺对环丙沙星、四环素去除效果不稳定,对红霉素的平均去除率为23.62%;臭氧与普通、亲水改性、铁离子改性生物砂滤池三种组合工艺对四环素去除效果相差不大,平均去除率分别为46.56%、46.59%和46.61%;普通生物砂滤池组合工艺对环丙沙星去除效果不稳定,对脱水红霉素去除率为52.15%;亲水改性生物砂滤池组合工艺对环丙沙星平均去除率为90.44%,对脱水红霉素平均去除率为34.41%;铁离子改性生物砂滤池组合工艺对环丙沙星平均去除率为92.24%,对脱水红霉素平均去除率为34.09%。对比亲水、疏水、铁离子改性生物砂滤料和普通生物砂滤料样品覆膜在微生物菌落特征方面的差异发现,改性后滤料表面出现了亲水性变、疏水性变或表层铁离子性变,同时粗糙度增加。通过多样性指数分析可知,在同等基质和环境条件下,铁离子改性生物砂滤料样品中细菌多样性最高,通过Mi Seq高通量对四组生物样品进行检测,共检测到27个菌门,其中,变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门。从属的层面进行分析,本研究中发现了可能具备水解功能或抗药性的四种菌属,即溶杆菌、肠球菌、陶厄氏菌属、新鞘氨醇杆菌属;在普通生物砂滤料样品中溶杆菌及陶厄氏菌属具有较高丰度,在亲水改性生物砂滤料样品中硝化螺菌属及新鞘氨醇杆菌属具有较高丰度,在疏水改性生物砂滤料样品中反硝化菌属具有较高丰度,在铁离子改性生物砂滤料样品中亚硝化单胞菌属、除磷菌和肠球菌属具有较高丰度。从功能角度进行划分,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）在AOB功能菌中占优势;硝化螺菌属（Nitrospira）在NOB功能菌中占优势;系统中的反硝化优势功能菌为优索氏菌属（Thauera）、红杆菌属（Rhodobacter）、黄杆菌属（Flavobacterium）和丛毛单胞菌科（Comamonadaceae unclassified）等;除磷功能菌中优势菌属为肠球菌属（Enterococcus）。