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随着我国水生态环境治理和保护工作的不断深化,流域治理已成为国家水环境保护工作的重点,作为流域治理工作的重要组成部分,中小城镇的污水治理项目得到了国家的大力支持,全国范围内中小城镇新建和改扩建污水治理项目呈快速发展之势。但我国中小城镇的排水体制还不够完善,多数城镇的排水体系以合流制为主,中小城镇的生活污水具有水质、水量变化大等特点,因此在处理中小城镇污水方面存在着脱氮除磷效果不佳和处理低温、低碳源污水效能下降等问题。为改善中小城镇生活污水的处理效能,试验采用具有处理效果好,占地面积省,投资费用低,抗水力负荷冲击性能强等特点的厌氧好氧生物滤池组合工艺处理中小城镇生活污水。本论文针对中小城镇生活污水的特性,开展了小试机理研究、中试试验研究,研究分析影响工艺污染物去除效能的因素、工艺污染物去除的机理、以及低温污水与低碳氮比污水对工艺处理效能的影响,探讨了滤池生物膜的稳定性和生物膜脱落的成因与脱落机理,试验有效提升了工艺的脱氮除磷效能,改善了对低温污水和低碳源污水的处理效能和运行的稳定性,并最终将试验研究成果成功应用于工程实践生产中。试验采用接种污泥法快速启动反应装置,稳定运行后分别进行了水力负荷、DO、p H、回流比、厌氧/好氧滤柱容积比、水温以及反冲洗等关键运行参数对系统处理效能的影响试验,分析了系统沿程主要污染物的迁移转化规律和去除机理,污染物在系统内具有不同的去除功能分区,各污染物去除功能分区主要受到水力负荷、DO和回流比的影响。试验对影响中小城镇污水脱氮除磷效能的因素进行了系统研究,强化了工艺对中小城镇生活污水的的脱氮效能。应用化学强化辅助除磷提升生物滤池的除磷性能,对影响化学强化除磷的因素进行分析,优化脱氮除磷运行条件;考查了系统在不同COD/NH4+-N的进水条件下,系统对污染物去除的效能。系统最终优化的运行条件为:厌氧/好氧柱体积比1:2,系统水力负荷为1.75 m3/m2˙h,回流100%,好氧滤柱气水3:1,采用厌氧柱前和好氧柱前两点加药的方式,加药比为3:1,PAC投加量50 mg/l,此时系统对污染物具有良好的去除效果,COD,NH4+-N,TP、TN和SS的平均去除率分别达到89.95%,99.24%,96.57%,70.11%和98.56%。厌氧好氧生物滤池组合工艺对低温污水具有良好的处理效果,适当降低进水负荷和增大回流比,可以提高系统对低温污水的去除效能。在对生物滤池中的微生物群落和结构的研究中,分析了工艺在不同运行条件下滤池内生物膜的形态、结构、数量和微生物的活性,以及微生物随生存环境的变化规律,解析不同时期不同高度微生物群落结构的变化。分析滤池内生物膜的稳定性和脱落成因,研究反冲洗与生物膜脱落之间的规律,适宜的反冲洗促进生物膜的正常脱落,保证生物膜结构稳定。为了进一步模拟中小城镇生活污水处理的实际工程运行条件,试验建立了中试反应装置,将小试试验的研究成果应用到中试试验中,并对运行条件进一步优化。中试试验装置处理中小城镇生活污水时,COD的平均去除率为85.98%,氨氮的平均去除率为97.33%,TN的平均去除率为62.09%,TP的平均去除率为96.54%,SS的平均去除率为98.02%,出水水质均能满足一级A标准。试验在北方寒冷地区的中小城镇进行示范试验研究,分别在小试和中试的优化运行条件下监测了污水处理厂冬季和夏季的运行状况,冬季运行期间,污水厂的COD,NH4+-N,TP和TN的平均去除率分别达到83.13%,91.67%和95.29%和56.89%;在夏季运行阶段COD,NH4+-N,TP和TN的平均去除率分别达到86.34%,96.45%,95.32%和59.4%。试验监测阶段对污水厂的运行能耗和成本进行了统计和计算,在日处理7500m3污水时,该厂单位平均制水成本为0.427元/m3。数据表明,本文研究成果在工程实践中收到了良好的成效,工艺具有良好的处理效能,还有效提高了对低温污水处理的稳定性。因此,在中小城镇污水处理工艺中具有较好的工程应用价值,应用前景广泛。