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生物脱氮除磷工艺是城市污水处理厂的主导工艺,污水处理厂污泥处理过程中产生的污泥水具有水量小、NH3-N负荷高、C/N比低的特点,但目前污水处理厂是把处理过程中产生的污泥水直接回流至进水口,其结果不仅使进厂水中的NH3-N负荷远高于设计值,而且直接影响了污水处理工艺的脱氮效果。本论文通过对A2/O工艺中试装置、倒置的A/O工艺试验装置（即侧流反应器）富集硝化菌的实验研究,以及西安市第四污水处理厂倒置A2/O工艺的实际运行处理效果检测分析,得出以下主要结论:（1）在中试A2/O装置厌氧区、缺氧区和好氧区水力停留时间分别为1.9h、3.4h和5.1h,温度为16℃～26℃,进水COD值为135.5～479mg/L、TN值为38.2～75.3mg/L、TP为2.75～8.42mg/L、NH3-N为22.9～58.9mg/L条件下,中试装置对污染物COD、TN、TP、NH3-N、SS平均去除率分别为84%、60%、62.2%、96.8%、80.1%,出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B标准的要求,并且系统对污染物有较好的抗冲击负荷能力;（2）研究发现随反应器中氨氧化速率随着污泥龄的增加而提高,氨氧化速率与污泥龄之间的关系为:Y=0.643X+0.0124,相关程度为0.74;（3）A2/O工艺中TP的去除与厌氧区的水力停留时间和温度有关,TP的去除效果随温度的降低而提高。厌氧区设计水力停留时间在2h左右时,厌氧区聚磷菌释磷较为充分,可提高工艺的除磷效果,这可作为今后污水处理厂厌氧区工艺设计时参考;（4）A2/O工艺中二沉池的污泥上浮主要是由丝状菌过度繁殖导致的污泥膨胀和二沉池底部污泥发生的反硝化作用引起的。其中,丝状菌的过度繁殖是由进水温度太低引起的;在保证一定水温的基础上,控制pH值在适宜范围内和好氧池的DO>2mg/L可有效防止丝状菌性污泥膨胀。而二沉池中污泥发生反硝化主要是由进入二沉池的硝态氮浓度过高引起的,试验通过强化缺氧池的反硝化作用、调整污泥回流比、减少污泥在二沉池中的停留时间等措施,抑制二沉池中污泥的反硝化作用,使二沉池的污泥上浮现象得到有效控制,这可供同类型工艺的污水处理厂工艺设计及运行管理人员参考。（5）采用城市污水处理厂的活性污泥富集硝化菌,起始NH3-N浓度应控制在45.0mg/L左右,氨氧化速率随进水NH3-N浓度增加而增加,当NH3-N浓度为400mg/L左右时,氨氧化速率为36.48mg/（L·h）;氨氧化速率和进水NH3-N负荷呈正相关,相关关系为Y=1.27X+0.74,相关性系数为0.89;（6）A2/O工艺中试装置污泥龄为8.5d左右时,氨氧化速率（AUR）为9.02mg/（L·h）和2.75mg/（gMLSS·h）,侧流反应器（倒置A/O工艺）污泥龄为13d左右时,氨氧化速率为36.48 mg/（L·h）和9.26 mg/（gMLSS·h）,侧流的氨氧化速率为主流的4倍;A2/O工艺中试装置生物添加一个月后,其氨氧化速率由由9.02 mg/（L·h）提高到14.8mg/（L·h） ;（7）通过对第四污水处理厂实际运行监测分析,结果表明倒置A2/O工艺运行稳定,对水质水量有较好的抗冲击负荷的能力;监测期间对污染物CODcr、TN、NH3-N、TP、SS的去除率分别达到90.5%、65.2%、82.0%、54.8%、95.8%以上;（8）第四污水处理厂生物反应池的厌氧区释磷效果差,主要原因一是厌氧池厌氧环境条件不理想,进入厌氧池的NO3--N浓度较高;二是该厂厌氧池设计水力停留时间较短,致使释磷不充分,从而影响除磷效果。结合中试装置研究结果,厌氧池设计水力停留时间宜在2h左右,方可确保厌氧池的释磷环境条件,有利于提高除磷效果。