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哈尔滨地处我国东北北部，全年平均气温较低，冬季漫长。低温天气对污水处理工艺脱氮除磷效果有较大的影响，常常会导致传统污水处理工艺的出水氮、磷指标不能达到国家标准。本课题针对北方特有的低温情况，以哈尔滨信义沟污水厂实际工程为依托，对其改良A~2/O工艺的效能以及该工艺在低温条件下运行参数的优化进行了研究。哈尔滨信义沟污水处理厂日处理水量25万吨，分两期建设，近期日处理水量为10万吨。该污水处理厂的改良A~2/O工艺，即在传统A~2/O工艺的厌氧池前添加了一个选择池。论文系统的介绍了本工程的设计资料以及工艺流程，分析、探讨了该工艺在启动、调试、运行各个阶段的处理效果。研究发现，改良A~2/O工艺运行稳定，抗冲击负荷能力强，夏季的最佳运行工况为：混合液回流比200%、污泥回流比75%、进水分配比为10%、好氧池DO浓度为2-3mg/L。将改良A~2/O工艺处理效果与传统A~2/O工艺的处理效果进行对比，重点分析了改良A~2/O工艺中选择池的作用，研究表明选择池对TN的去除占整个工艺对TN去除的15%，可以通过提高选择池反硝化的作用来保证系统出水TN达标，从而缓解了缺氧区的脱氮压力，同时削减了因增加混合液回流比而增加的能耗。针对哈尔滨冬季气温低且低温时间较长的特点，深入研究了低温对脱氮除磷的影响，通过改变混合液回流比、污泥回流比以及好氧池中DO浓度等试验，对低温条件下工艺运行参数进行优化，优化结果表明：混合液回流比的变化对COD及TP的去除效果影响不大，对TN的去除效果影响较明显。混合液回流比从100%增加到200%，TN去除率提高6.8%，混合液回流比从200%增加到300%，对TN去除率的提高只有0.7%，因此回流比依然采用200%。通过改变污泥回流比发现冬季采用90%较为适宜。通过分格控氧试验得出适宜采用依次递减的DO浓度：首格3-4mg/L、中格2-3mg/L、末格1-1.5mg/L。冬季还需改变进水分配比为20%进入选择池，更有利于脱氮。最终确定了两套运行工况分别适应于哈尔滨的冬季与其他季节，并分别对其运行成本进行了经济分析。本研究不但为本污水处理厂提供了最佳运行参数，而且为以后类似工程的设计、施工及运行提供了可靠的参数意见与建议，同时为北方寒冷地区改良A~2/O工艺保证脱氮除磷效果具有一定的指导工程实践应用价值。