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污水处理厂尾水水量大,可生化性差,尤其出水中总氮浓度偏高,直接外排进入环境存在水体富营养化等风险,也是对潜在再生水资源的浪费。因此,对污水厂尾水进行深度脱氮处理十分必要。本论文针对长葛污水处理厂外排尾水中总氮浓度偏高的问题,设计建立了3套水平潜流人工湿地实验装置,开展了现场运行实验研究,重点考察了外加碳源和基质组成对人工湿地脱氮效果的影响；采用响应面法对工艺运行参数进行了优化设计,并完成了基于外加碳源人工湿地处理污水厂外排尾水的脱氮处理工程的工艺设计。取得的主要成果有：实验室小试实验结果表明,淹水高度和水力停留时间对人工湿地的脱氮效果有显著影响；在进水TN和COD浓度分别为18 mg/L和70 mg/L条件下,淹水高度为基质下10 cm和水力停留时间为2.5 d时,出水TN和COD浓度分别为8 mg/L和50 mg/L。在进水COD 70 mg/L条件下,TN负荷超过13 mg/L时,出水TN浓度显著升高。现场运行实验结果表明,基质质量比10：1：1的砾石、火山岩、沸石的外加碳源水平潜流人工湿地在中淹水高度(基质下10 cm)、水力停留时间2.5 d条件下处理实际尾水,尾水水质TN 25.23 mg/L、COD 60 mg/L。出水水质为TN 9.23 mg/L,COD 31.34 mg/L。相同实验条件下,基质仅为砾石的外加碳源水平潜流湿地出水TN 11.07 mg/L, COD 36.93 mg/L;而基质为砾石的无外加碳源水平潜流湿地出水TN 15.23 mg/L, COD 33.32 mg/L。通过响应面法得出的优化工艺运行参数是：中淹水高度下运行(基质下13cm)、水力停留时间HRT=2.2 d,此时TN出水浓度6.5 mg/L,相比优化前出水TN浓度下降了53.8%,去除率提升了17.5%。针对长葛污水处理厂外排尾水,完成了以外加碳源水平潜流人工湿地处理工艺为核心的尾水深度脱氮处理工程的中试设计,工程设计入水TN 30 mg/L, COD 60 mg/L,设计出水TN3mg/L,COD 20 mg/L,处理规模50m3/d,工程总投资24.96万元,处理成本0.32元/t。