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污水治理是现代城市经济和社会可持续发展迫切需要解决的问题之一,也是当前小城镇基础建设不可或缺的重要组成部分。改革开放30年来,中国经济飞速向前发展,但环境问题突显严重,尤其是小城镇水体污染问题日趋加剧。近年来,国内外社会共同关注的水体污染问题中突显氮、磷等营养物质引起的水体富营养化问题。因此,小城镇污水处理厂一级A高效除磷脱氮升级改造技术是本文研究的创新点之一。为解决小城镇污水处理厂一级A除磷脱氮升级改造问题,本文以武清区第四污水处理厂为示范和依托,研究适用于小型污水处理厂一级A高效除磷脱氮的A2/O及变形工艺,并对小试与中试结果展开效能对比分析,具体内容包括:⑴介绍了现有的A2/O及变形工艺的主要特点、设计参数、生物脱氮除磷机理、影响因素及工艺新形式,具体探讨了适用于小型污水处理厂NPR高效脱氮除磷工艺的设计及运行效果。结果表明:NPR工艺具有一定的优异性,常温下NPR系统对BOD5、CODcr、SS、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为: 87.2%、82.4%、95.0%、79.8%、68.3%、88.2%。在好氧区填充高效生物活性填料并与曝气生物滤池组合使用,使系统出水能达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中一级A排放标准。⑵与常温相比,冬季低温条件下NPR系统对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效率分别降低10.3%、12.3%、13.2%、21.7%,而对BOD5和SS的去除效率降幅则不明显。针对目前北方城市污水处理厂冬季运行中氮磷去除率普遍较低,提出了采取降低系统的污泥负荷、降低好氧池曝气量、增加污泥回流量、延长系统的水力停留时间等措施,可使系统对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效率有一定的提高且降低能耗,使污水厂的效益最大化。⑶本文从进一步提高氮磷去除率、降低能耗、筛选出高活性的低温微生物三个角度对现有的污水厂NPR工艺做了填料性能和工艺上的改进,即进行了新型内置悬浮球形填料-生物接触氧化工艺小试试验、深沟型气升推流立体循环式倒置A2/O整体合建氧化沟工艺中试试验,并应用正交试验结果进行最佳工况重复性试验和耗能分析。结果表明:在NPR系统的好氧区填充新型内置悬浮球形纤维束状填料并采用间歇曝气的运行方式,使出水NH3-N达标的基础上,提高了TN和TP的去除率,系统的同步硝化反硝化现象和反硝化除磷现象比较明显,具有较强的经济性和实用性;采用深沟型气升推流立体循环式倒置A2/O整体合建氧化沟工艺的最佳工况组合参数为T=20℃、DO=2.0 mg/L、缺氧区/厌氧区水量分配比为3:1、HRT=13.5h,在该工况下系统对BOD、COD、SS、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为: 94.25%、89.59%、98.31%、95.90%、70.04%、83.35%,较NPR工艺的处理效果均有一定的提高,且比NPR工艺每年共节省电费37.85万元,设备维修费0.55万元,污泥处置费3.70万元,合计节省费用42.1万元/年。