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环境污染和水资源短缺，加速了污水回用的研究和应用。中国是世界上最大的柠檬酸生产国和出口国。柠檬酸的生产带来大量高浓度有机废水，经过处理后虽然达到国家行业排放标准，但存在有机物含量高和色度大等特点，直接排放将会给环境带来严重的负担。因此，针对柠檬酸排放废水再生回用过程中化学安全性和微生物安全性等关键问题，本论文以山东省某柠檬酸厂废水处理系统二级沉淀池出水为研究对象，开展了利用生化与臭氧高级氧化技术组合工艺深度处理柠檬酸废水的试验研究，在长期的运行试验中考察了该技术对各项水质指标去除的有效性和稳定性，利用液相色谱等手段对臭氧降解过程中的中间产物和终产物进行分析，推测出柠檬酸臭氧氧化降解途径，并对试验出水回用于柠檬酸生产环节进行了安全评价以及经济效益分析，其主要研究结果如下：（1）柠檬酸生产废水处理系统二级沉淀池出水水质特征柠檬酸生产废水处理系统二级沉淀池出水水质相对稳定，全年水质指标为：COD在150—250mg／L之间，BOD在80—100mg/L之间，色度在80度左右，其他基本指标为：NH3-N：5—10mg／L，SS：30—60mg／L，pH：6.8—8.0。BOD／COD≥0.3，可生化性良好。（2）生物臭氧组合工艺长期运行效果对于生物臭氧组合工艺来说，生物活性滤池最佳滤速15m／h，空床停留时间2h，气水比3：1。后续臭氧最佳投加量为40mg/L，接触氧化时间≥10min，在此条件下，工艺对COD、色度、UV254的平均去除率超过76％，93％和27％。出水COD和色度的平均值小于50mg／L和5度，符合厂家规定的要求，可作为再生水直接回用于柠檬酸生产中的发酵环节。（3）微生物安全性柠檬酸生产废水处理系统二级沉淀池出水中的细菌和大肠杆菌个数分别为1.03×107个／mL和8.9×104个／mL，常规的处理工艺不能有效地去除微生物，保证微生物的安全性。当臭氧投加量为10mg／L，接触时间≥5min时，细菌和大肠杆菌的去除率达到99％和99.99％，出水细菌和大肠杆菌个数分别为10300个／ml和89个／ml。臭氧杀菌的效果随着臭氧投加量的增加而提高，为了使大肠杆菌彻底灭活，建议臭氧投加量≥15mg/L。（4）臭氧处理柠檬酸废水机理探讨利用高效液相色谱，结合臭氧降解柠檬酸过程中动力学内容，对臭氧降解过程中的中间产物和终产物进行分析，推测出柠檬酸臭氧氧化降解途径。（5）生物填料微生态分析挂膜成功后，通过对填料颗粒表面生物膜进行扫描电镜观察，发现菌胶团细菌是生物膜的主体，另外生长有大量丝状菌和球菌，以及少量的原生动物，微生物群落在空间上相似性较高，结构相差不大。（6）生物填料与技术经济评价在去除水中微量有机物和微生物以保证回用水的安全性方面，陶粒滤料具有出水水质好、价格低廉、适用范围广等优势，具有较高的性能价格比，是一种较好的生物填料。（7）经济效益分析柠檬酸生产处理系统二级沉淀池出水经过生物臭氧组合工艺处理后可直接回用于柠檬酸生产中的发酵环节，处理成本小于1元／吨。工艺的应用不仅降低了厂家的生产成本和排污费，而且将废水资源化利用。与超滤，反渗透等其他水处理回用技术相比，生物臭氧组合工艺运行费用低，适用范围广，是一种经济有效的再生利用技术。