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西安市第四污水处理厂设计规模为25×104m3/d,是西安市排水规划中规模最大的污水处理厂,是西安市环境综合治理利用同本国际协力银行贷款建设项目之一。本研究以拟建的西安市第四污水处理厂的实际进水和工艺设计为研究对象,结合2002年中国咨询公司和日方专家对可行性研究报告的评估意见,在调查和分析已运行的西安市邓家村污水处理厂、北石桥污水净化中心和拟建的第四污水处理厂进水水质的基础上,对西安市第四污水处理厂设计进水水质的确定方法、初沉池中氮磷等营养物的去除效率、曝气池生化反应动力学参数等进行了试验研究与分析。得到以下研究成果:（1）城市污水处理厂的进水污染物浓度随时间变化范围较大,在确定污水处理厂设计进水水质时,应采用合理的保证率。研究分析得出西安市第四污水处理厂的进水水质保证率为85%,设计进水水质为:COD=380mg/L,BOD5=190mg/L,SS=260mg/L,NH3-N=34mg/L,TN=45mg/L,TP=4.2mg/L。（2）通过对初沉池中污染物的沉淀试验,发现初沉池在去除SS和COD的同时,对氮磷营养物也具有一定的处理效果。试验结果表明:在有效水深为3.0m、水力停留时间为2h的条件下,初次沉淀池的SS、BOD5、TN和TP韵平均去除率分别为51.3%、20.8%、7.0%和8.1%;初沉污泥的挥发性固体物平均含量为57.7%。（3）采用多套有回流的完全混合式反应器进行连续动态平行试验,确定了污水的生化反应动力学参数为:污泥产率系数a为0.4573 kgVSS/kgBOD5,衰减系数b为0.0125d-1,去除单位重量BOD5所需的氧量a′为0.6266kgO2/kgBOD5,单位重量MLVSS内源呼吸需氧量b′为0.0924 kgO2/kgVSS.d。（4）以试验研究成果为依据,2006年1月至2007年2月完成了第四污水处理厂工程设计,其中污水处理采用倒置A2/O工艺,污泥处理采用重力浓缩、两级中温消化和离心脱水工艺,并以生物反应池为例,进行了详细的工艺设计研究。