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为解决某城镇污水处理厂二沉池出水COD及氨氮提标问题,提出经济、合理的提标改造方案,对现有污水厂2015年四季度进出水口COD、氨氮、色度等常规和非常规指标进行跟踪监测和水质分析,并对存在的问题进行了分析与总结。提出了“O3氧化+曝气生物滤池”的深度处理工艺,通过正交实验及单因素实验对单独臭氧氧化和臭氧/活性炭氧化两种氧化法进行了条件优化研究,从经济及技术效果角度筛选出臭氧/活性炭氧化法更适合作为后续生物处理的预处理方法。筛选出活性炭作为曝气生物滤池的内充填料,并将臭氧/活性炭氧化与活性炭曝气生物滤池串联运行,分别考察其在连续流条件下对二沉池出水水质中COD、总氮及色度的去除效果,得出的主要结论如下:1)通过全年数据监测及水质分析,现有污水处理厂主要存在的问题是进水水质复杂,进水成分包含了印染、化工企业的城镇生活污水废水,水质波动较大,规律性较差,GC-MS显示二沉池出水剩余COD主要属于苯环类物质,且难生物降解;出水氨氮浓度为11 mg/L左右,且存在一定色度,应采取措施加以消减。2)通过静态条件优化实验得出,臭氧/活性炭氧化法比单独臭氧氧化法对二沉池出水COD去除效率高17%,可生化性提高2.78%,且减少臭氧通量31.7%,具有更高的环境及经济效益,筛选出臭氧/活性炭氧化法作为后续生物处理的预处理方法。臭氧/活性炭氧化法条件优化实验表明,在进水COD为105 mg/L,NH4+-N为11.8mg/L,臭氧接触反应时间30 min,pH为9,臭氧通量为12.50 mg/L,活性炭投加体积比为2/3时,二沉池出水COD去除率为45%左右,氨氮去除率为44.9%。3)筛选出曝气生物滤池的最佳填料为活性炭填料,在相同进水条件下,活性炭比陶粒曝气生物滤池COD去除率高8.58%。在连续运行条件下,臭氧/活性炭氧化反应器在进水COD为89.7~109.8 mg/L时,出水COD为68.1 mg/L,COD去除率为31%。活性炭曝气生物滤池在水力停留时间为2 h时,出水COD均小于50 mg/L,COD去除率为21.4~54.7%。在进水氨氮浓度为11.6 mg/L时,色度为450倍时,经串联工艺处理后,出水总氮为3.9 mg/L,出水色度为5倍,出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准(COD<50 mg/L)。“臭氧/活性炭+曝气生物滤池”可作为该污水处理厂COD及氨氮提标排放的升级改造方案。