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本课题来源于“十一五”国家科技重点项目子课题—“污水处理厂全流程节能降耗技术集成与工程示范”,以深圳市某污水处理厂两组MUCT工艺（Modified University of Cape Town Process）为现场开展一系列生产性试验研究。试验通过考察MUCT工艺对COD、氮磷的去除效率、分析底物空间分布规律,确定工艺优化运行参数、探讨不同季节、暴雨、低水力负荷与高冲击负荷下运行优化措施,对好氧段精确曝气改造以降低能耗,结果表明:MUCT工艺南北池COD平均去除率分别为80.00%、79.66%、NH4+-N平均去除率分别为90.36%、93.23%、TN平均去除率分别为41.47%与51.24%、TP平均去除率分别为86.63%、88.19%,对有机物及氮磷去除效果良好,系统运行稳定。通过分析反应器中不同DO、硝化液回流比与污泥浓度时NH4+-N、NO3--N、TN、PO4--P与TP空间分布特征,确定合理DO、硝化液回流比与污泥浓度。提高好氧段DO能够显著提高NH4+-N硝化速率,南北池NH4+-N出水达标后继续增大DO对提高硝化效果不明显;在好氧段DO充足时污泥浓度对NH+4-N去除率影响有限。硝化液回流有利于系统运行稳定和脱氮效能提高,随C/N比增加TN去除率增加,但进水负荷增加时TN去除率下降。对于除磷,好氧段DO保持在0.5mg/L以上即可;厌氧段NO3--N浓度低于1.0mg/L或者高于2.5mg/L时都不利于除磷;温度提高对系统脱氮有利,但对除磷影响不明显。通过合理分配水量、调控DO、加快系统污泥更新等措施可以实现系统优化运行。对好氧段实施精确曝气改造后降低了运行能耗,优化运行后鼓风机单耗降低0.0060kW·h/m3,鼓风机综合电耗降低10.18 %,一年共节省电量260452.18kW·h。