经过近40年的努力,我国污水厂实现了巨大的发展,技术也开始与国际接轨。但随之而来的高能耗、高药耗、二次污染等问题限制了污水厂处理效益的提升。针对这些问题,广东省某污水厂采用了生物生态耦合处理工艺,该工艺实现了污水的深度处理与臭气的原位净化。除总氮外,出水水质要求达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类。本研究对挺水植物在工艺中作用进行了研究分析,揭示了微生物与植物的耦合特征。并且对水质和臭气进行监测分析,对污水厂化学除磷进行试验优化,对自控加药系统节能降耗效益进行核算,从出水是否满足生态回用、臭气释放是否环境友好、自控加药系统是否节能降耗等三方面,评价了污水厂与未来发展方向的切合度,研究结果表明:(1)生物生态耦合工艺采用的挺水植物有良好的耐污能力,并对水中的污染物具有一定的去除效果。植物根系所产生的根际效应强化了工艺对污染物的去除作用,工艺实现了微生物与植物的生态耦合。(2)生物生态耦合处理工艺出水中,除总磷偶尔因进水浓度超设计标准,出水不能稳定达标外,COD、氨氮和总氮基本达到地表水Ⅲ类水质标准。污水厂出水基本实现深度处理,满足生态回用的水质要求。并在10~11月期间,确定采用内回流比300%、污泥回流比75%、污泥龄14 d的最佳运行参数。(3)污水厂受到抗生素的污染较为严重,其中进出水抗生素均以喹诺酮类为主。污水厂对部分抗生素具有良好的去除效果,其中对OTC(氧四环素)与TC(四环素)可完全去除,对NFX(诺氟沙星)、LIN(林可霉素)、DC(强力霉素)、SQX(磺胺喹喔啉)也有60%以上的去除率。生化池对抗生素的去除占有主要作用,二沉池次之,深度处理单元则影响很小。(4)氨为污水厂中主要释放的恶臭物质,其在各个污水处理构筑中均有较高浓度的释放;TVOC(总挥发性有机物)的释放特征与氨相似,但释放浓度较氨偏低;硫化氢则为释放浓度最集中的物质,90%以上在细格栅间中释放。臭气的连续月释放与水温相关性较强,而集水井与细格栅间的连续时释放则与居民用水活动相关。生物生态耦合处理工艺不仅实现了污水与臭气的一体化处理,符合低碳节能的运行理念,而且对臭气有良好的控制效果,创造了良好的厂区环境,提升了生态效益,切合了未来污水厂环境友好的发展方向。(5)以同步除磷的方式为基础,比较了多种药剂后发现,单一药剂PAC(聚合氯化铝)与复合药剂PAC+PAM(聚丙烯酰胺)的除磷效果最好、最经济。在试验范围内的投加浓度下,PAC和PAM对出水pH和COD几乎没有影响。并且在污水厂实际运行中,两方案也表现出良好的除磷效果。(6)自动控制加药系统可通过监测和反馈,实现碳源和除磷药剂的动态精准投加,达到稳定脱氮除磷的目的。将除磷试验数据应用到自控系统中核算发现,使用复合药剂PAC+PAM,不仅降低了药剂的投加总量,且降低了远期的运行费用。而碳源则选择投加甲醇,在自控加药系统的优化下,甲醇的用量与生物脱氮的运行电耗均有下降。因此,自控加药系统可使药耗、能耗和运营费用三方面有不同程度的下降,达到节能降耗的目的,符合污水厂未来的发展方向。