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城市污水处理厂作为市政建设的重要基础设施，在减少水体污染方面发挥重要作用。由于其自身的特殊性，目前绝大多数污水处理厂在改善城市水环境的同时，又成为新的污染源，主要表现为出水水质不能达标、污泥不能妥善处理处置和恶臭物质排放带来的二次污染等方面。因此，开展城市污水处理厂对周边环境的污染与防治技术研究，具有重大现实意义。针对部分污水处理厂进水超过设计处理量或设计进水浓度，或者因环保标准提高而造成出水水质不能达标排放等情况，开展了对活性污泥法技术改造的试验研究工作。通过在曝气池中投加悬浮填料，形成复合生物处理工艺，进行了处理规模为3m3／d的中试试验。研究了不同填料，不同曝气方式及填料投配率对处理后出水COD的影响，得出复合生物处理工艺对提高污水处理量的实验研究结果，并运用于实际生产。试验结果表明，由于复合生物处理工艺能提高生物量，有效地提高了生物反应池的容积利用效率，从而提高其处理能力和处理效果。投加悬浮塑料球的复合生物处理反应器比投加固定式软性纤维填料对COD处理效果更好，使用微孔管曝气的效果优于叶轮表面曝气；悬浮填料的最佳投配率为15％，在此填料投配率下，复合生物处理反应器可以提高30％处理能力。生产运行结果表明，15％填料投配率下，水量达到额定水量的143％，复合生物处理工艺对COD、BOD5、SS等有机物去除率可以达到传统活性污泥工艺的额定水量的去除水平。研究表明，应用复合生物处理工艺改造传统活性污泥法是改善现有城市污水处理厂工艺、提高污水处理能力与效率的有效途径。针对污水处理厂污泥污染问题，特别是污泥中含有的大量持久性有机污染物，采用气相色谱仪（GC）和色谱-质谱联用仪（GC-MS），研究污泥中多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）的含量水平与分布特征，同时研究生活污水中普遍存在的有机污染物——多环麝香在污泥中的浓度分布及成因分析。结果表明，广州三个典型城市污水处理厂∑PAHs的含量在2.534-6.972mg／kg之间，平均为4.395mg／kg，其中含量较高的化合物是三环的菲和四环的荧蒽；PCBs的含量在10.278-40.634μg／kg之间，平均为30.315μg／kg，PCBs组分以含四氯、五氯和六氯的PCB单体为主；多环麝香则以佳乐麝香（HHCB）和吐纳麝香（AHTN）两种化合物为主，其平均含量为10.762 mg／kg和2.599 mg／kg，同时提出了减少污泥中持久性有机污染物的防治措施。针对目前我国城市污水处理厂恶臭污染严重的现实情况，运用气相色谱-质谱联用仪及吹扫-捕集系统分析手段，对污水处理厂不同工艺单元气液两相中恶臭有机含硫化合物（甲硫醇、甲硫醚、羰基硫、二硫化碳和二甲二硫）进行了定性和定量分析，研究其在污水处理厂的分布特征，并对其产生机制及来源进行了较为详实的解析。结果表明，在水相和气相中恶臭化合物的分布在不同的处理单元呈现不同的浓度，但经过污水处理厂各工艺的处理后，两相中（液相和气相）的恶臭含硫化合物均有明显下降，液相去除率为87.4％，气相去除率达到93.4％。同时发现进水水质污染指标愈高，好氧生化反应停留时间愈短，污水或污泥厌氧时间越长，恶臭含硫化合物在污水处理厂大气和水体中的含量越高。论文提出了减少污水处理厂恶臭污染的控制措施。