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随着“富营养化”问题的日趋严重,脱氮除磷成了当前污水处理领域内的重要研究课题。近年来,MBR(membrane bioreactor)工艺以其优良的出水水质、占地面积小和产泥率低等优点受到越来越多的关注。将传统的生物脱氮除磷工艺(Anaerobic Anoxic Oxic,A~2O)与膜分离技术相结合,并在A~2O的好氧池后端增设缺氧池,形成高效的MBR脱氮除磷工艺(Anaerobic Anoxic Oxic Anoxic process,A~2OA-MBR工艺)。本研究以无锡市某城市污水厂的二期工程(采用A~2OA-MBR工艺)为研究对象,从污染物的去除效果、动力学参数的确定以及膜污染控制与运行成本分析3个方面对A~2OA-MBR系统进行了长期跟踪监测与分析。另外,采用臭氧氧化法将A~2OA-MBR系统的出水做进一步处理,研究其消毒、脱色以及进一步去除难降解有机物的效果。研究得到以下主要结论:A~2OA-MBR系统对各污染物具有良好的去除效果,出水COD、TN、NH4+-N和TP的平均浓度分别为20.6 mg·L-1、6.67 mg·L-1、1.05 mg·L-1和0.19 mg·L-1,均能够达到并优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准;COD、NH4+-N和TP的平均去除率能够达到90%以上,TN的平均去除率可达83%。通过动力学实验研究,得到了A~2OA-MBR系统污泥的相关动力学参数,其中异养菌衰减系数KdH为0.141 /d、自养菌衰减系数KdA为0.238 /d,异养菌理论产率系数YH为0.543 gVSS/gCOD、自养菌理论产率系数YA为0.285 gVSS/gCOD,COD的最大基质比去除速率vmax为1.78 gCOD/(gVSS·d)、半饱和常数Ks为24.27 mgCOD/L,氨氮的最大基质比去除速率vmN为0.124gN/(gVSS·d)、半饱和常数KN为2.525mgN/L。确定了微生物的衰减系数和产率系数,可以合理控制污泥龄(SRT)。确定了COD和氨氮的最大基质比去除速率,可以准确控制系统的运行状态。总之,动力学参数的确定为MBR工艺的工程设计和运行管理提供参考依据和数据基础。从A~2OA-MBR系统的膜污染控制情况进行分析发现,定期地对膜进行清洗可以有效控制膜污染。从运行成本方面分析得知,在满负荷运行条件下,每处理1吨水所需能耗为0.65kWh。从各单元的能耗分布看,主要的耗能单元在好氧池和膜池,耗能所占比例达70%。其中,好氧池的曝气风机和膜池的膜擦洗风机是主要的耗能设备。改进膜池及膜组件的结构和运行方式,可以有效地降低MBR工艺的运行能耗。对A~2OA-MBR系统出水进行臭氧化处理的研究表明,臭氧对MBR出水中的TOC、UV254、色度、细菌总数、总大肠菌群数都有很好的去除作用。在与臭氧反应时间为10min时,去除率分别达到43.7%、64.2%、96.4%、99.9%和100%。MBR出水中的主要荧光物质为蛋白类和腐殖质类有机物,富里酸类物质较少。这些荧光类物质在被臭氧氧化的过程中,荧光强度随反应时间的延长而减弱,最终被臭氧完全降解。臭氧氧化法作为深度处理工艺与MBR工艺联用,在城市污水处理中具有很好的推广性。