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本文基于对高速公路服务区水质特征及处理现状的调研,以自行研制复合活性催化载体为工艺基础,将微生物脱氮作用与化学催化作用进行耦合,开发出一种适合高速公路服务区生活污水深度处理的系统工艺。通过实验室小试与现场工艺中试在不同参数(HRT、DO、回流比)下的长期稳定运行验证,物化与生化耦合多级A/O系统实现了低温条件下的高效脱氮除磷。另外以实验室小试运行数据为基础,对物化与生化耦合多级A/O系统建立动力学模型,通过对各污染物影响顺序的灰色关联度计算,量化分析了该工艺内氮素、有机物互相转化,消耗的反应过程。最后对复合活性催化载体及物化与生化耦合多级A/O工艺进行了经济性分析。研究结果表明:(1)实验室小试研究中物化与生化耦合多级A/O系统启动共历时38天,其最佳运行参数为HRT=16 h(氧反应器为7.2h,好氧反应器为9.0 h),好氧反应器内 DO=6.0～6.5 mg L-1,回流比为 5:1,C/N 比为 2.82～3.37,此时系统 NH4+-N、COD、TN、TP出水水质均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。(2)得出基于Eckenfelder方程求得物化与生化耦合系统脱氮速率K(TN)=0.00037min-1,K(COD)=0.00000 64min-1,K(NH4+-N)=0.000 000 107 min-1。基于 Monod 方程计算得动力学常数QNH4+-N=2.429 5,KNH4+=0.297 37,求解结果均表明物化与生化系统中的复合活性催化载体的物化性质及催化特性十分适合微生物生长附着。通过灰色关联度分析,得出物化与生化耦合多级A/O系统对各污染物指标去除因素的影响顺序,并可用于实际工程中的运行参数优化,污染物针对性去除。(3)实际工程中物化与生化耦合多级A/O系统最佳HRT为7.5 h(厌氧反应器为4.5h,好氧反应器为3.0h),最佳DO浓度为4.0 mg·L-1,最佳回流比为4:1。在最佳工况下各项污染物指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。现场试验运行的物化与生化耦合多级A/O系统异养反硝化作用占总反硝化作用的64.5%,物化与生化耦合催化生物膜反应器中存在基于复合活性催化载体的自养反硝化作用的贡献率>35%。综上所述,物化与生化耦合多级A/O技术的研发为高速公路服务区生活污水的深度脱氮除磷及降耗节能提供了新的思路和理念。为高速公路服务区污水中氨氮、总氮的削减及现有处理技术的提标改造提供了理论依据与技术支持。全文总计图35组,表36个,参考文献98篇。