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我国的城市污水处理厂近20多年内取得了突飞猛进的发展。但是受当时的社会认识水平、工程设计规范和运营管理水平的限制，很多污水处理厂的处理效果难以达到较高的水平。面对日益严格的水环境要求，对现有污水处理厂进行升级改造，提高处理效率以实现高标准排放，成为紧迫任务，特别是脱氮除磷的任务很重。因此，围绕脱氮除磷升级改造的研究和工程实践非常重要，对污水处理厂改造具有重要的指导和借鉴意义。 本研究围绕山东省临沂市第一污水处理厂的升级改造为研究目标，经过对污水处理厂处理能力、进出水水质、运行管理及设备状况进行深入分析研究，根据当地政府“十二五”期间对污水处理厂出水执行一级A标准的要求确定升级改造的改造方案和技术路线。 通过新建前置缺氧池、改造初沉池、改造氧化沟为复合式好氧池等将一期工程传统氧化沟工艺升级改造为A2/O处理工艺;在保持二期工程原A2/O工艺基础上，通过更换及维修设备、优化水力流态等提高污水处理能力。升级改造工程还通过新建纤维转盘滤池、改造加药设备等措施，确保出水标准升级到一级A，并最终使总规模保持15万吨/日。 升级改造后的运行表明:各工艺运行稳定良好，出水水质稳定达到一级A的排放标准，其中出水COD能稳定在30-40mg/L，去除率达到90％; NH4-N稳定在5-8mg/L之间，TN在12-14 mg/L之间，TP在0.3-0.5mg/L之间。 论文研究的升级改造项目实现了在充分利用原有设施和部分设备上，对原有工艺进行了必要、合理的改造，污水处理效果高效、稳定。既实现了处理能力达到了设计15万吨/日，出水水质也稳定达到一级A排放标准。升级改造工程的实施，实现了保护水环境、节约水资源的目的，同时也为北方旧工艺污水处理厂的升级改造提供了宝贵的应用价值。