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由于北运河流域（北京段）水体受到严重污染，且排放到水体中的污废水超出了水环境的自净能力。为缓解北运河流域（北京段）水体环境的污染负荷，提高河流的自我修复能力，北京市颁布新的《城镇污水处理厂水污染排放标准（DB11/890-2012）》地方标准，要求出水水质达到CODcr<30mg/L，NH3-N<1.5mg/L的要求。目前，该流域内已建污水处理厂出水水质可以达到国家排放标准，与北京市的地方标准仍有一定差距。为此，研究一条经济成本少、低能耗、高效的技术方案，使出水达到《城镇污水处理厂水污染排放标准（DB11/890-2012）》，为同类污水处理厂升级改造提供参考。本文研究学习了国内外二级生化出水的处理现状，对于城镇污水处理厂二级出水中存在多种多样的病原微生物、微量有毒有害化学污染物和难生物降解这一鲜明特点，比较各种物理、生物处理技术，选择适宜的深度处理工艺，得出最佳的工艺参数。本课题研究的主要内容包括：（1）物化处理深度处理工艺试验研究：通过铁碳微电解法、Fenton试剂法以及铁碳耦合Fenton试剂法深度处理二级生化出水，得出适合原水水质的最优深度处理工艺及运行参数；（2）厌氧生物法处理二级生化出水试验探究：采用厌氧工艺深度处理二级生化出水，主要研究不同的载体填料对污水的去除效果以及适宜的运行参数；（3）采用固定化微生物SBR工艺处理法对城镇污水厂二级生化出水的处理效果，考察不同载体填料、反应周期、溶解氧（DO）浓度等影响因素，确定适宜的参数；（4）选取以上三各工艺的适宜的参数，进行有效组合，比较衡量各个组合工艺的可行性，根据试验结果分析，得出以下主要结论。（1）通过对Fenton氧化法、铁碳微电解法以及铁碳微电解耦合Fenton法处理二级生化出水的试验研究，确定各个各个工艺的最佳运行参数，在最佳运行参数和运行成本比较分析，得出采用铁碳微电解法处理城市污水厂二级出水处理效果较好，且运行成本低，便于工程实际的应用。其适宜的运行参数为：调节进水pH为5，海绵铁投加量为20g/L，铁碳质量比为2:1，反应时间为60min，进水CODcr、TP浓度分别为57mg/L、2.3mg/L，经铁碳微电解处理后出水CODcr、TP的平均浓度为27mg/L、0.29mg/L，去除效果分别为45%-50%、88%-95%，运行成本为0.13元/m3。（2）在温度为室温，进水pH为6-9的条件下，通过不同载体填料的厌氧反应器对二级生化出水的处理效果分析比较，得出以海绵铁和活性炭为载体填料的厌氧反应器对污水的处理效果要优于其他两种载体。且从接种驯化到生物膜的成熟，该反应器挂膜时间短，经过15d挂膜成功，而其他两种载体的厌氧反应器运行15d后处理效果仍不稳定。以海绵铁和活性炭为载体填料的厌氧反应器在反应周期为10h时，对污水处理效果好，出水剩余CODcr、TN浓度为22mg/L、13.7mg/L，CODcr和TN去除率分别达到60%和48%，而厌氧条件下对NH3-N去除效果不明显。（3）在进水pH为6-9，室温条件下，以比表面积大、孔隙率高的小孔聚氨酯载体填料的好氧反应器挂膜启动时间短，且对污水的处理效果要优于以大孔聚氨酯载体填料的好氧反应器。在反应周期为6h，DO浓度为2-4mg/L时，以小孔聚氨酯载体填料的好氧反应器处理二级生化出水的效果好，其出水剩余CODcr、氨氮以及总氮的浓度分别为29mg/L，1.0mg/L以及15mg/L，CODcr、氨氮以及总氮平均去除率分别为48%、93%以及48%，出水水质可以达到北京市《城镇污水处理厂水污染排放标准（DB11/890-2012）》。（4）通过对各个组合工艺处理二级生化出水的试验研究，得出采取厌氧生物滤池+好氧SBR组合工艺处理城市污水厂二级生化出水的效果好，进水CODcr、NH3-N平均浓度分别为59mg/L、13mg/L，出水CODcr、NH3-N平均浓度分别为20mg/L、1.0mg/L，出水水质可以达到北京市《城镇污水处理厂水污染排放标准（DB11/890-2012）》地方标准。该组合工艺具有性能稳定、操作简单、运行成本低等优点，为北京市城镇污水处理厂的升级改造提供参考。