城市污水达一级A标准的出水深度处理是减轻水环境污染的重要手段,低浓度污水深度处理是水处理领域研究热点之一。本课题采用臭氧-好氧-缺氧组合工艺(O3+OA,内装活性焦填料,简称臭氧生物活性焦组合工艺)深度处理达一级A标准的出水,同时设置臭氧-好氧-缺氧组合工艺(O3+OA,内装悬浮塑料填料,简称臭氧生物膜组合工艺)作为对照,研究两组工艺在臭氧氧化、好氧和缺氧反应阶段COD和氮的去除效果,并确定臭氧生物活性焦组合工艺中各工艺单元的最佳运行工况,达到最佳处理效果;通过顶空固相微萃取-气质联用仪的方法测定臭氧生物活性焦组合工艺各工艺单元出水中有机物的变化,研究分析各工艺单元有机物降解的作用机理。通过研究,获得如下结论:(1)臭氧能氧化水中有机物,提升其可生化性。随臭氧接触时间的延长,出水中COD去除率不断上升,前60minCOD去除率上升明显,60min时达到23.06%,后60minCOD去除率逐渐趋于稳定;调节进水pH值由弱酸性至偏碱性,出水COD浓度逐渐下降,碱性的反应条件更利于臭氧氧化分解水中的有机物,臭氧氧化后出水pH值有所下降;随臭氧发生量的增加,出水COD浓度下降速率较快,在发生量为9mg/min时,COD去除率达到23.58%,9mg/min之后出水COD浓度变化不大;投加H2O2和粉末活性炭对COD的去除效果没有显著提升;一级A出水在接触时间60min,臭氧发生量9mg/min,进水pH值为9.0的运行工况下进行臭氧氧化,出水中有机物可生化性能较高;臭氧氧化阶段基本不能去除水中的氮含量,只是转换氮在水中的存在形式。(2)好氧生物活性焦法较好氧生物膜法能更有效地去除出水中有机物的含量。随好氧反应阶段水力停留时间的延长,生物活性焦反应柱出水COD和氮的浓度均不断降低,水力停留时间缩短至4h,出水COD浓度<30mg/L,满足地表水Ⅳ类水质COD标准,出水氨氮基本为零,去除率高达97%;以活性焦为生物载体培养的生物膜在多孔结构中易形成由表及里的DO浓度梯度,营造反硝化菌的生长空间及条件,具有一定的脱氮效率,TN去除率在38%左右,体现活性焦作为填料的优越性。(3)缺氧生物活性焦法较缺氧生物膜法能更有效地进一步去除出水中的总氮含量。随着乙酸钠投加量的增加,出水TN浓度逐渐降低,在此基础上不断缩短水力停留时间,出水TN浓度有所升高,当控制缺氧反应阶段水力停留时间为3h且进水外加20mg/L乙酸钠时,出水TN浓度能下降至1.46mg/L,达到地表水Ⅳ类水质TN标准,TN去除率高达81.09%,出水COD稳定在地表水Ⅳ类水质COD标准30mg/L以下,外加碳源被充分用于反硝化反应,脱氮效率高。(4)城市污水达一级A标准出水经臭氧生物活性焦组合工艺深度处理后,出水氨氮<1.5mg/L,TN<1.5mg/L,COD<30mg/L,均达到地表水Ⅳ类水质标准。臭氧生物活性焦组合工艺能充分发挥化学氧化、活性焦的吸附与微生物的协同作用,活性焦表面孔径的特殊结构,使生物膜保持较高活性和生物多样性,易于吸附水中低浓度有机物和氮,对一级A标准出水有良好的处理效果。(5)采用臭氧生物活性焦组合工艺深度处理一级A标准出水,出水中有机物的含量和种类均明显减少,并有新物质产生。一级A出水处理前水中有机物质主要为烷烃类、酸类、醇类、酚类、酯类、酮类、醛类、苯醌类、苯系物、苷类、呋喃类、喹啶类、激素类、色素类,经臭氧生物活性焦组合工艺处理后水中有机物质主要为烷烃类、酸类、醇类、酯类、醛类、苷类、苯系物、酚类、苯醌类、酮类、激素类,其中酯类物质去除最多,呋喃类、喹啶类、色素类被完全去除,无新的有机物质种类生成。在臭氧氧化阶段,一级A出水中的大分子有机物质被羟基自由基氧化成易生物降解的如十五烷、十四烷等烷烃类、酸类物质,作为电子供体被后续生化处理过程中的微生物分解利用合成新物质以及产生代谢产物。出水中的十二醛、壬醛、七叶皂苷-1-醇等物质未能完全去除。