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我国规模化畜禽养殖业的发展，极大的提高了生产效率，增加了经济效益，同时也带来了一系列环境污染问题，特别是畜禽养殖废水中含有大量的有机物、氮、磷、悬浮物等污染物，若不加处理直接外排，会对周围的水体、土壤和大气造成严重污染，对人类健康也会构成威胁。本文立足于国内外规模化畜禽养殖废水处理技术的最新研究成果，提出采用USR反应器-两级A/O组合工艺，以合肥伊利某奶牛养殖场为实验对象，详细研究该组合工艺对处理奶牛养殖场废水的系统稳定运行条件工艺，并对工程工艺的可行性进行分析，充分利用USR反应器与两级A/O的组合优势促进了奶牛养殖场废水的高效处理。实验项目区设计废水流量为120t/d，USR反应器有效容积600m3，设计水力停留时间为5-8d，在中温35℃左右、pH值在6.8-7.5的环境中，通过监测USR反应器和两级A/O中COD、NH3-N、TP、SS等污染物浓度来分析该组合工艺对奶牛场废水的处理效果。实验结果表明，通过接种厌氧活性污泥，USR反应器经过约65天的培养驯化及调试，COD去除率达到85.4%，颗粒污泥粒径增大，但由于少量有机氮在厌氧条件下转化为无机氮，USR反应器对和TP的去除效果不明显。将城镇污水处理厂中剩余的好氧污泥作为A/O的启动菌种来源，经过一周左右的培养驯化，两级A/O对COD的去除率平均可达到80%左右，对NH3-N和TP的去除率也分别达到80.3%和82.1%，并能够稳定运行。在实验研究的基础上，进一步对该组合工艺整体运行效果进行了研究，结果表明：实际进水量为60-80t/d，USR实际水力停留时间为10天，负荷约为2kgCOD/m3·d，两级A/O水力停留时间为5-6天，USR-两级A/O组合工艺对奶牛养殖场废水的处理效果明显，经过6个月的稳定运行，组合工艺的平均去除率分别为：COD98.7%，NH3-N90.8%，TP87.4%，TN81.2%，SS97.1%。工艺出水水质达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）和《农田水质灌溉标准》（GB5084-2005）的要求，折合成吨废水处理费用为3.37元，实现良好环境效益和社会效益的同时，也为同规模的畜禽养殖废水处理提供了理论依据。