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由于经济高速发展，我国东北老工业基地浑河流域面临着严重的污染，尤其是中下游地区的沈阳段，受周边城市人口和工业园区扩增的影响，COD、NH4+-N、TP和高锰酸盐指数超标，枯水期水质达地表水Ⅴ类标准以下，严重制约了当地经济和生态环境的可持续发展。在经过国家一系列水规划专项整治后，浑河流域整体水质虽得到了明显改善，但直至“十一五”规划结束时，下游沈阳段仍存在氮、磷污染超标的问题。上游汇入的五大支流污染物含量高是主要原因，其中流经沈阳市区最长支流—蒲河占很大污径比。因此，国家“十二五”水专项规划继续深入浑河流域水生态环境的整体治理，对蒲河氮磷污染物总量的进一步削减也是工作重点之一。蒲河主要补水来源为上游的沈阳辉山农副食品加工园区综合污水厂排水，约占其总流量60％，主要污染物包括COD、SS、氮和磷，污水C/N比(3～4)较低。随着国家对蒲河水域提出日益严格的治理目标，园区污水厂排水水质已逐渐不能满足蒲河补水需求，污水处理工艺亟待升级。 为了从源头控制蒲河污染物排放，配合“十二五”规划浑河治理总体目标的实现。本课题在园区污水厂原悬浮填料A2/O工艺的基础上，结合蒲河当地丰富的湿地资源，以园区综合污水为处理对象，以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类标准为净化目标，开展园区综合污水深度脱氮除磷试验研究，以此为污水厂的改造提供技术参考。课题针对园区综合废水低C/N比特性，研发了末端间歇曝气A2/O工艺-人工湿地处理复合系统。末端间歇曝气A2/O工艺通过在A2/O后增加一个间歇曝气池，并改变污泥回流和排放方式，成功实现短程脱氮和反硝化除磷的高效耦合，有效提高了系统的同步脱氮除磷率，并降低了能耗。人工湿地通过植物、负荷和运行方式比选，以及模块化优化梯级组合，实现深度净化改良A2/O段出水，使系统的处理水达到国家地表水Ⅴ类标准。 本研究先分段考察了末端间歇曝气A2/O工艺和人工湿地系统的最佳运行条件和处理效果，再将二者连接处理实际园区综合废水，寻求系统最佳的水质、水量连接方式，考察复合系统污染物去除效果。前段的末端间歇曝气A2/O工艺是复合系统良好运行的保证，为深入了解和操作该改良A2/O工艺，研究还通过构建数学模型和鉴定微生物群落等方法，探讨了其污染物去除与节能原理。另外，还考察了该长泥龄低曝气的系统在污泥膨胀防治方面的效能，发现系统可有效抑制丝状膨胀并稳定至“微膨胀”状态，并结合丝状菌演变探讨了其膨胀防治原理。 (1)在优化运行悬浮填料A2/O反应器基础上，发现TP难以同步高效去除，在此低碳源和较长污泥龄系统中的除磷菌竞争力低是园区综合废水达标处理的瓶颈问题。为缓解系统中SRT冲突和碳源缺乏问题，提高除磷菌的竞争力，提出了末端间歇曝气A2/O工艺。通过SRT和DO联合控制，先淘洗NOB后富集AOB和DPAO的方法，分段启动末端间歇曝气A2/O工艺，实现了系统的亚硝化率和反硝化除磷率提高至90％以上，反应器在SRT=19～25d、r=250～300％、R=80～90％、DO=1.0～0.5mg/L，IAC=1/59(min/min)的条件下，实现了良好的污染物去除效果，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。末端增加的间歇曝气区周期短时曝气，重力筛选沉淀性能优良的污泥，不仅具有污染物去除功能，还能够提升污泥活性和系统生物量，防止膨胀，对稳定改良系统处理效率起到关键作用。 (2)为考察长泥龄低曝气工况运行的末端间歇曝气A2/O工艺防控丝状膨胀的稳定性，试验接种含ThiothrixⅠ和Beggiatoa spp.等丝状菌污泥，诱发丝状菌污泥膨胀，后经阶段性调控进水负荷、DO、SRT和IAC等参数，污泥浓度和沉淀性能明显增强，系统主导丝状菌也由ThiothrixⅠ、S.natans、Beggiatoa spp.转变为M.Parvicella、Hhydrossis、Nocardioforms，丝状菌形态由延伸游离生长转变为内向盘绕生长，揭示了污泥性能改良的原因和间歇曝气段重力筛选防治膨胀的作用。在进水量为14.6L/h、好氧段和末端间歇曝气段DO浓度分别为1.0和0.5mg/L、SRT=28d、IAC=1/59(min/min)时，系统稳定在低耗能的LFB状态，出水仍可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。 (3)为深入了解该新型改良A2/O工艺运行原理，通过长期稳定运行，构建了末端间歇曝气A2/O工艺污染物去除的ASM2d模型，该工艺的脱氮除磷途径符合短程脱氮与反硝化除磷的耦合，整个系统较传统氮磷去除方法节省了58.76％的碳源和减少了44.6％的剩余污泥。后对其污泥微生物群落结构分析发现，AOB、甲烷氧化菌和兼性细菌的比例与原工艺相比大大提升，并发现许多潜在DPAO，如Brevundimonas、Brachymonas、Steroidobacter等，证明了系统的脱氮除磷原理及污泥减量的原因。 (4)为考察人工湿地最佳运行条件，使其与末端间歇曝气A2/O工艺衔接后出水可满足地表水Ⅴ类标准，采用模块化垂直潜流人工湿地组合处理模拟末端间歇曝气A2/O二级出水。研究发现，湿地段最佳植物为香蒲、种植密度约14株/m2，基质选1∶1(v/v)砾石火山岩混合材料，HLR为0.53m/d左右。将末端间歇曝气A2/O工艺与人工湿地相连运行时，当进水容积负荷低于1.09kgCOD/m3·d时，由进水污染物浓度和流量加大引起的末端间歇曝气A2/O段去污率下降，可通过适当延长该段的SRT稳定其出水效果，以保证后续湿地段的出水达标，这对系统抵抗冲击负荷和冬季运行有一定的参考作用。湿地与末端间歇曝气A2/O段衔接最佳运行方式为3阶垂直潜流湿地，HLR=0.60m/d，出水可满足标准。