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针对我国南方城市污水有机污染物浓度偏低，氮磷含量相对较高，水质、水量随季节变化的特点，采用活性污泥法与人工湿地相结合的联合处理工艺，分别在100m3／d规模的生产性试验和10000m3／d规模的示范工程中，以实际城市污水为处理对象进行研究。试验重点考察了原水水质水量特征、污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况，确定了高效生物反应器在不同季节时段的运行模式；研究了不同构型人工湿地中污染物的去除效率及池型、填料、负荷、温度、植物对其的影响，计算了反应动力学参数，确定了适宜的湿地构型及负荷调控方法；在此基础上提出了基于q-t曲线图的双向输入／输出联合调控模式，确定了活性污泥法-人工湿地联合处理工艺及负荷分配。示范工程依据试验结果，针对实际水质变动情况灵活调控，考察了工程规模的联合处理工艺对各种污染物质的去除情况。试验原污水平均COD、NH4+-N、TN、TP为129mg／L、25.6mg／L、31.5mg／L、3.38mg／L，C／N值和C／P值为4.3和39.5，脱氮除磷所需碳源严重不足。在不同的季节，原水水质有较大变化，雨季原水污染物浓度只有旱季浓度60％左右，春、夏季暴雨时原水污染物浓度接近排放标准。因此，生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式，才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。通过不同季节多种工艺的比较，确定了高效生物反应器运行模式：春季时段采用改良型A2／O工艺，夏季晴天／小雨时段采用预缺氧+倒置A2／O工艺，夏季连续暴雨时段采用多点进水工艺，秋季时段采用低氧／常氧交替运行的倒置A2／O工艺，冬季时段采用常规倒置A2／O工艺。通过分析各种工艺中有机物、氮、磷的去除规律，比较其碳源分配情况，说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。人工湿地系统对COD、NH4+-N、TN、TP的去除效率受负荷明显影响，随着水力负荷和面积负荷增加，湿地对污染物的去除效率呈下降趋势，同时污染物面积去除量的增量随着面积负荷的增加逐渐减少。另外，随着水温的升高，湿地对NH4+-N、TN的去除效率明显上升，模拟小试试验还证明，湿地系统总氮面积去除量与进水硝态氮的比例成正的线性关系，提高进水中硝态氮比例有利于总氮的去除。生物量大的湿地植物对污染物的吸收总量最高，单位干重的氮磷含量不能作为评价植物污染物吸收能力的主要指标。在较低污染物浓度水平条件下，湿地对污染物的去除可以用一级推流动力学模型近似模拟。在相同负荷条件下，潜流湿地对COD和TP的去除效率高于表面流湿地及潜流／表面流组合湿地，页岩和钢渣的应用明显提高了湿地对磷的去除能力。表面流湿地对NH4+-N的去除效率高于潜流湿地和组合流湿地，在硝态氮比例大于0.25时，潜流湿地对总氮的去除优于表面流湿地。组合流湿地的优势在于其去除效率受温度的影响最小。整体来说，采用页岩和钢渣作为基质的潜流湿地最适宜于城市污水的深度处理，其COD、NH4+-N、TN、TP的面积反应速率常数分别为0.32m／d、0.065m／d、0.176m／d、0.29m／d。根据试验结果，总结了活性污泥法／人工湿地联合处理的方法和原则，利用q-t曲线图进行设计和调控，提出了双向输入／输出的活性污泥法-人工湿地联合调控模式，并进行了实例分析。示范工程生物反应器通过改良型A2／O工艺、预缺氧+倒置A2／O工艺、局部低氧倒置A2／O工艺的切换运行，使出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，部分指标达到一级A标准。在水力负荷为0.3m／d～0.35m／d条件下，示范工程人工湿地系统出水COD、BOD、NH4+-N、TP可以达到《地表水环境质量标准》，TN浓度可以下降到7mg／L左右。