为减少污水处理厂出水对受纳水体的污染,缓解地表水环境污染状况,国家在污水处理、污染物排放控制等方面做出了严格要求和监控。近年来,部分地区针对污水厂出水排放制定了更加严格的排放标准(类IV),本课题参考太湖地区城镇污水处理厂污染物排放限值的新要求,采用O3+OA组合工艺处理污水厂一级A出水,建立了臭氧氧化和好氧、缺氧生物膜法装置,分别研究各单元的运行参数对有机物和氮去除效果的影响,确定各单元最佳运行条件,以达到组合工艺的最佳处理效果;采用气质联用仪(GC-MS)研究分析O3+OA组合工艺对有机物的降解机理,同时研究组合工艺硝化反硝化机理。通过研究,获得如下主要结论:(1)臭氧氧化能够降低一级A出水的有机物浓度,同时提高其可生化性。在臭氧接触氧化单元,COD的去除率随着臭氧接触时间的增长而升高,前25min去除率增长较快,25min时,去除率达到20.91%;COD的去除率随臭氧通量增加而升高,臭氧通量超过3L/min时COD去除率变化不大;COD去除率随原水pH增大而逐渐升高,在碱性条件下,去除效果较好,并且随着臭氧反应的进行,水的pH值有所降低;投加活性炭和双氧水对COD去除率有提升,但提升效果不明显;臭氧氧化对氨氮有一定的去除作用,可以将少量氨氮、有机氮转化为硝态氮;经过臭氧氧化处理,一级A出水B/C值由0.1提升至0.2,可生化性提高。(2)好氧、缺氧生物膜法能够有效降低水中有机物和氮浓度。在好氧生物膜法阶段,出水COD和氨氮浓度随着水力停留时间的增长而减小,停留时间为4h以上时出水COD能够下降到30mg/L以下,出水氨氮基本在1mg/L以下,去除率分别可达到28%和60%。好氧生物膜法阶段能够将氨氮转化为硝态氮。在缺氧生物膜法阶段,出水TN随着甲醇投加量的增大逐渐下降,随停留时间的减小有所升高,当甲醇投加量为30mg/L,停留时间为3h以上时能够达到出水TN<4mg/L,并且投加的碳源被反硝化完全利用,出水COD保持在30mg/L以下。(3)在臭氧接触时间25min、臭氧通量9mg/min、pH8.5、好氧阶段水力停留时间4h、缺氧段进水外加30mg/L甲醇作为反硝化碳源和水力停留时间3h的运行条件下,03+OA组合工艺对污水厂一级A出水有机物和氮有良好的处理效果,出水COD<30mg/L、氨氮<1mg/L、TN<4mg/L,COD和氨氮两个指标都达到地表Ⅳ类水标准,TN去除率达到77%。其中臭氧氧化阶段主要去除部分有机物,提高了水的可生化性,好氧生物膜法阶段将有机物浓度进一步降低。组合工艺脱氮效果通过硝化反硝化实现,氨氮主要在好氧生物膜阶段通过硝化作用转化为硝态氮,硝态氮在缺氧生物膜阶段通过反硝化作用转化为氮气。(4)污水厂一级A出水经O3+OA组合工艺处理后,水中挥发性有机物质的种类减少,数量较原水减少14种,峰面面积降低,挥发性有机物质浓度减小。处理前,水中主要挥发性有机物质有68种,主要组成为酯类、醇类、苷类、烷烃、醚类,处理后54种,主要成分为酯类、苷类、酮类、碱类、醇类、醛类、醚类,其中部分酯类转化成碱类和醇类,烷烃类被去除。在臭氧反应阶段,废水中分子量大的挥发性有机物在臭氧和羟基自由基的作用下能转化成分子量较小的烷烃、醇类、酯类、酸类等,在生物膜法处理阶段,可生物降解物质被微生物继续降解,同时产生一些维生素、酯类等微生物代谢产物。水中腈类物质、医药类化学品未能完全去除,3-甲基苯并醋蒽烯(致癌物)和有机氮的去除率较低。