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近年来,随着人们对生活环境要求的不断提高,对我国污水处理排放标准提出更高要求,很多城镇污水处理厂的污水处理设施需要进一步提标改造。我国西部高原地区位于三江源头,水生态环境尤其重要,但是高海拔导致当地水温较低,污水处理厂运行效果不佳。因此,本课题针对西部高寒地区污水处理性能差,结合优化运行和改造工程的方法,提高其污水处理效果并使其能够全年稳定运行。该污水厂存在的主要问题是进水浓度低以及低温导致微生物活性降低、污水处理效能变差;硝化作用受温度影响冬季效果明显变差;TN、TP去除率全年普遍偏低,C/N和C/P分别为4、58,其次,该污水厂存在过度曝气、调控技术单一等问题,在原工艺基础上提标到地表水准Ⅳ类标准具有一定难度。针对以上问题,主要采用好氧池投加填料、投加低温高效菌剂、调控氧化沟功能区容积等工程措施以及优化DO浓度、缺氧区分点进水量、污泥回流、混合液回流比等运行参数,以提高COD、氮、磷的去除效率,保障出水稳定达标排放。系统地研究了好氧区平均DO浓度、缺氧区分点进水量、污泥回流比（R）、混合液回流比（r）对AAO氧化沟工艺脱氮除磷性能的影响。在好氧区平均DO浓度、分点进水量、R和r为1.5mg/L,30%,80%、300%时,污水处理效果最佳,平均出水COD、NH3-N、TN、TP浓度分别为21.77mg/L、0.54mg/L、12.96mg/L、0.46mg/L,最后辅以深度处理将TP浓度控制在0.3mg/L以下,经过工程改造以及参数优化后,污水处理厂出水能够稳定达到地表水准Ⅳ类标准。为了进一步考察TN去除效果的提升空间,在好氧区设置好氧/缺氧过渡区,将AAO工艺切换为AAO-AO工艺,研究了不同厌氧区:缺氧区:后缺氧区流量分配比对污水处理效果的影响,实验结果表明,流量分配比为4:3:3时,污水处理效果最佳,平均出水COD、NH3-N、TN、TP浓度分别为19.70mg/L、0.64mg/L、10.30mg/L、0.52mg/L,验证了多级AO分段进水工艺对提高生物脱氮性能有显著作用,出水TP浓度略有上升,但变化不大,在不增加加药量的条件下仍可以稳定达到地表水准Ⅳ类。经过工程改造和运行优化后,污水厂每年可以节约32万左右的运行费用。