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近年来国家对于污水处理厂提标改造及相关政策的把控,促使各类污水处理工艺不断革新,水体富营养化局面相对改善,但针对传统生活污水进水有机负荷较低、二级出水总磷较高等问题,单纯依靠单一生化系统很难达到一级A出水标准。多级A/O工艺由于抗冲击负荷较强,且能在多点进水情况下合理分配脱氮除磷过程中对有机物的需求量等优点而被关注。然而受泥龄和对碳源的竞争能力不同,出水TP仍难达到预期效果,因此增加双填料滤池系统来深度处理A/O系统出水,并在可控条件下来实现整个系统的部分亚硝化,从而降低能耗。本课题采用三段A/O+双填料系统,在增设预缺氧段以促进有效释磷并合成内碳源(PHB)的情况下,多级多段的缺氧好氧交替环境深化了硝化、反硝化与反硝化除磷反应的进行。在后期将原有污泥与驯化污泥1:1混合后投入系统,控制各反应隔室DO浓度促进氨氧化菌(AOB)与亚硝化反硝化聚磷菌(DNPAOs)两生化过程的平衡,在“一碳两用”节省碳源的前提下深度脱氮除磷。本试验以未设硝化液回流为前提,通过研究HRT、双点进水、三点进水对系统污染物去除的影响,并将处理效果运用数学分析方法参比后,逐步缩减各限氧段的曝气强度来实现多级A/O中的部分亚硝化及亚硝化反硝化除磷,得出结果如下:(1)多级A/O的启动温度为20～26℃,控制V预缺氧:V缺氧:V好氧为1:6:3,缺氧段HRT为5.4h时,出水COD浓度为36.8mg·L-1,出水NO3--N浓度对TN去除的贡献率低于50%以下,成功启动了多级A/O系统;为研究双填料系统深度处理效果进行了小试吸附性能试验,在四个不同进水梯度下,对于COD的平衡吸附量最大值和最小量分别为4.85mg·g-1和0.97mg·g-1,拟合方程y=0.23x±4.72的相关系数的R2值为0.93,符合Langmuir吸附模型线性规律,对NO3--N的吸附总量受进水C/N比的影响从10.8%下降至5.4%,基本维持了双填料的深度处理功能。各部分内容为对比4种工况下的出水效果后发现,COD的去除与有无增设预缺氧段关系密切,run2、run3和run4明显优于runl。当V预缺氧:V缺氧:V好氧=1:6:3时,硝化细菌与反硝化细菌能较好利用碳源反硝化脱氮除磷。双填料系统的启动过程中,为刺激并富集填料系统生物膜中受进水负荷改变能消耗难降解有机物的优势菌种,设置4个进水梯度后仍保证系统在低有机负荷下的稳定出水。(2)组合系统启动后,因为该系统单点进水下脱氮除磷效果相对不稳,故采用与该系统总池容和总HRT相同的A2/O-BAF系统进行数据分析比对,当HRT为8h,进水COD、NH4+-N、TN、TP 浓度分别为 187.1、61.2、70.5、5.9mg·L-1 时,两系统出水 COD、NH4+-N均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准;A2/O-BAF系统TN、TP出水平均浓度分别为13.4mg·L-1和0.38mg·L-1,优于多级A/O+双填料滤池系统的21.2mg·L-1和1.33mg·L-1;加入两系统各段COD物料衡算,细化脱氮过程中的碳源利用效果表明,进入A2/O-BAF系统缺氧段的碳源总有效利用率为46.5%,高于多级A/O+双填料滤池系统的31.0%。各阶段内容包括:HRT由9h降至6h时,A2/O-BAF系统在保证组合阶段80%和15%的NH4+-N去除贡献率后达到整体出水均低于5 mg·L-1的良好效果,但TN去除恶化。多级A/O+双填料滤池系统则保证单级A/O段有效碳源利用率最大为31%情况下脱氮,且NH4+-N去除率保证在86%以上但出水TN效果不良。TP去除效果中A2/O-BAF系统最佳出水浓度0.33 mg·L-1优于多级A/O+双填料滤池系统的1.33 mg·L-1,HRT对A2/O-BAF系统总除磷效果的影响多于多级A/O+双填料滤池系统工艺。为考究以NO3--N为电子受体的反硝化除磷特性,分别对两系统缺氧段ΔPO43-和ΔNO3--N进行线性拟合,发现线性相关性较小(R2<0.7),考虑用数学分析方法计算反硝化除磷概率密度,结果显示:当最佳HRT为8h时,A2/O-BAF系统和多级A/O+双填料滤池系统反硝化概率密度ΔPO43-/ΔNO3--N分别为1.21和0.95,A2/O-BAF系统更接近理论值1.41,反硝化除磷脱氮效果更好。(3)采用双点进水比例为2.5:1,平均进水NH4+-N、TN、COD、TP浓度为65.7、75.3、281.5、7.3mg·L-1时,平均出水浓度为21.5、3.0、16.0、0.8mg·L-1,缺氧段反硝化菌(DPAOs)占聚磷菌(PAOs)的比例为68.0%,反硝化除磷密度(ΔPO43-/ΔNO3--N)为1.21(累计频率45%);继续增大和减小进水比例为3:1和2:1时,反硝化聚磷菌密度下降,且污泥活性f(MLVSS/MLSS)从0.71下降至0.55,污泥产量随进水总量增加而增加。(4)控制三点进水比例为6:3:1、5:3:2和5:2:3时,因为双填料系统的存在,均能实现NH4+-N的高效氧化和COD的去除,为实现连续流内的部分亚硝化,设置三点最佳进水比例5:3:2,并等比例混合投加驯化成熟的氨氧化菌(AOB)和亚硝化反硝化除磷菌(DNPAOs)污泥到多级A/O系统,当控制各限氧DO浓度分别为0.3～0.5、1.2～1.5、1.0～1.2mg·L-1,污泥回流比(R)为100%时,系统达到部分亚硝化与亚硝化反硝化除磷的平衡,且氨氧化率(ARE)达到最大值81.4%,亚硝浓度及亚硝积累率(NiAR)可达最高值23.Omg·L-1和81.1%,多级A/O和系统总出水TP分别达到1.05 mg·L-1和0.5mg·L-1左右,实现稳定的部分亚硝化及亚硝化反硝化除磷脱氮效果。具体出水效果为通过调整三点进水比例为5:3:2时,多级A/O+双填料系统能保证良好的脱氮除磷效果,当进水COD、NH4+-N、TN、TP浓度平均为291.8、69.3、71.6、6.9mg·L-1时,出水浓度分别是17.6、5.7、14.9、0.49mg·L-1,出水基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。最佳进水比5:3:2下,四个限氧格DO浓度以阶段Ⅲ(各限氧DO浓度分别为0.3～0.5、1.2～1.5、1.0～1.2mg·L-1)时出水效果最佳,出水COD、NH4+-N、TN、TP浓度平均值为20.9、5.9、17.6、0.49mg·L-1,此阶段部分亚硝化与亚硝化反硝化除磷两反应过程维持平衡,ARE、NO2--N浓度和NiAR均达到最大,其值为81.4%、23.02mg·L-1 和 81.1%。