中国畜禽业发展迅速,畜禽业朝着集约化、集团化的趋势发展。畜禽废水的产量惊人,造成的环境污染逐渐增大,畜禽废水的处理成为国家下一步发展的重点。畜禽废水的产生方式多种多样,同时成分也相当复杂,含有的蛋白质、有机氮以及散发的恶臭,不仅提升了处理的难度,还对周围土地、水质造成影响,对畜禽生物产生负反馈。目前对于畜禽废水的处理方式多见于氧化塘,处理效果不明显,耗时长且容易造成二次污染,由此设计出一套完整的处理工艺成为本课题的研究方向。本课题采用多种反应器,分担及协同不同职责,力求在不提高处理成本的前提下,达到污染物质的全面去除。研究涉及絮凝、生物接触氧化、单级自氧脱氮、高级氧化等。首先对各自的反应机理进行研究,分析菌种之间的协同作用、单因素的影响规律、并进行多参数优化,最终试运行并进行微调,形成完整的处理工艺。畜禽废水本身生化性能差,需进行絮凝预处理。选择聚合氯化铝（PolyAluminium Chloride,PAC）与聚丙烯酰胺（PolyAcrylaMide,PAM）作为絮凝剂,分别投加不同剂量,考察化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）、NH4+-N的去除效果,再结合正交设计法,对PAC投加量、PAM投加量、pH三种参数进行优化。对100mL畜禽废水（COD浓度为1800mg/L,NH4+-N浓度为1200mg/L）,优化后条件如下:50g/L的PAC投加量2.5mL、5g/L 的 PAM 投加量 1mL、pH=6,处理后 COD 浓度为 1200mg/L,NH4+-N 浓度为 800mg/L。采用絮凝预处理废水作为原水,进行缺氧/好氧（Anoxic/Oxic,A/O）生物接触氧化反应器启动。由于畜禽废水性质特殊,毒性较大,先采用模拟废水（葡萄糖与氯化铵为主成分）提高负荷,再将模拟废水逐渐替代为畜禽废水。模拟废水浓度梯度分为三个阶段,第 1 阶段:COD=1000mg/L,NH4+-N=50mg/L;第 2 阶段:COD=1500mg/L,NH4+-N=90mg/L;第 3 阶段:COD=2000mg/L,NH4+-N=120mg/L。模拟废水阶段最终COD去除率达90%,NH4+-N去除率达70%。畜禽废水替代阶段,按照一定比例（1:3、1:1、1:0）逐步增加畜禽废水用量,最终实现完全替代。启动成功后,考察水力停留时间（Hydraulic Retention Time,HRT）、温度（Temperature,T）、溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）对反应器的综合影响。采用响应面法,对COD去除率与NH4+-N去除率拟合出二阶模型,求得回归方程最优解,HRT=44.03h、T=34.31℃、DO=5.59mg/L,COD去除率=87.28%;HRT=47.5h、T=34.73℃、DO=5.62mg/L,NH4+-N 去除率=81.766%。通过实际运行检验,COD去除率达到86.93%,NH4+-N去除率达到80.83%。为进一步去除氨氮污染物,启动单级自氧脱氮反应器（Single-Stage Nitrogen Removal Using Anammox and Partial Nitritation,SNAP）进行研究。首先采用模拟废水启动,NH4+-N浓度梯度为100、200、300mg/L,经过27天的运行,启动成功。此后针对COD、DO、T进行单因素分析,得出单因素最佳条件为:COD=400mg/L、DO=1.6mg/L、T=30℃。通过正交设计分析,发现模型失真严重,遂改用响应面法进行优化分析,得出优化条件为 COD=425mg/L、DO=1.637mg/L、T=33.538℃,实际实验运行 NH4+-N 去除率达到94.01%,优化成功。最后将SNAP反应器接入A/O反应器,进行A/O-SNAP反应器的联合运行。系统运行30天后,出水COD浓度为200mg/L,NH4+-N浓度降为15mg/L,NC2-N浓度为0～2mg/L,NO3--N浓度降至10tmg/L以下,TN去除效果明显,A/O-SNAP反应器优化成功。作为工艺最后一环,选择高级氧化进行处理,尽可能降低出水污染物浓度。本课题采用臭氧氧化法与Fenton试剂法对A/O-SNAP反应器出水进行处理,发现臭氧氧化法去除能力强,Fenton试剂法氧化速度快。综合二者的优点,采用Fenton-臭氧氧化法进行处理,并得出优化的处理方案（基于n[Fe2+]/n[H2O2]=1:7的Fenton试剂,采用臭氧射流催化处理20min）,实现COD完全去除。