该水质净化厂位于深圳市坪山区，进水以生活污水为主，设计总规模2×10⁵ m³·d⁻¹。生活污水经一级处理(粗格栅、细格栅、曝气沉砂池)后，进入二级处理系统(A/A/O微曝氧化沟工艺)，流经二沉池再进入深度处理系统(V型滤池)，出水经紫外消毒后排入坪山河，工艺流程如图1所示。

常规水质分析采用国家标准方法^[7]：COD采用重铬酸钾法；BOD₅采用稀释与接种法；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；${\rm{NH}}_4^ + $-N采用纳氏分光光度法；TP采用钼酸铵分光光度法；SS采用滤膜法；DO和Eh采用哈希DO仪和哈希Eh仪测定。上述指标及处理水量每天检测至少一次，各指标以每月平均值和年平均值统计。

该水质净化厂2018年1—12月的进水水量和进、出水水质如表1和表2所示。2018年的年平均水量为15.57×10⁴ m³；年平均进水COD为200.47 mg·L⁻¹；年平均进水BOD₅为64.53 mg·L⁻¹；年平均进水${\rm{NH}}_4^ + $-N为16.83 mg·L⁻¹；年平均进水TN为24.2 mg·L⁻¹；年平均进水TP为3.68 mg·L⁻¹。全年范围内进水水量波动较大，丰水季水量较大。枯水季进水COD、BOD₅、${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN和TP浓度较大。年平均进水BOD₅/COD为0.32，丰水季BOD₅/COD偏低，可生化性一般；年平均进水BOD₅/TN为2.67，丰水季BOD₅/TN偏低，生物脱氮可行，基本不用外加碳源；年平均进水BOD₅/TP为17.54，丰水季BOD₅/TN偏低，生物除磷效果一般，需借助化学除磷增强除磷效果。

2018年年平均出水COD为16.43 mg·L⁻¹；年平均出水BOD₅为2.50 mg·L⁻¹；年平均出水${\rm{NH}}_4^ + $-N为0.40 mg·L⁻¹；年平均出水TN为10.56 mg·L⁻¹；年平均出水TP为0.25 mg·L⁻¹。各出水指标均达到一级A标准，COD、BOD₅、${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN和TP的去除率分别为91.80%、96.12%、97.62%、56.36%和93.21%。由此可知，该工艺对COD、BOD₅、${\rm{NH}}_4^ + $-N和TP的去除效果明显，但对TN的去除效果较差，还有优化和提升的空间。

为分析工艺中沿程脱氮除磷效果，对水质净化厂的指标进行了长期监测。监测结果如下：生物池厌氧段DO为0.1 mg·L⁻¹，Eh为−265 mV；缺氧段DO为0.4 mg·L⁻¹，Eh为−105 mV；好氧段DO为3.5 mg·L⁻¹，Eh为68 mV。生物池内回流比为100%，外回流比为50%，混合液悬浮固体浓度MLSS为4 348 mg·L⁻¹，混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS为1 261 mg·L⁻¹，污泥体积指数SVI为21 mL·g⁻¹，泥龄SRT为15.78 d，有机负荷率(以BOD₅计)为0.024 kg·(kg·d) ⁻¹(以MLSS计)(有机负荷率F/M指单位重量的混合液悬浮固体浓度在单位时间内承受的有机物的数量)。沿程污染物浓度监测如图2所示。大部分有机物在厌氧段和缺氧段被去除，厌氧段和缺氧段对有机物的去除率分别为60.67%和18.20%，在好氧段中变化较小，可能的原因是，厌氧池和缺氧池生物代谢较快，大部分易降解的有机物被去除^[8]。厌氧段、缺氧段和好氧段对${\rm{NH}}_4^ + $-N的去除率分别为20.2%、15.13%和61.13%，所以好氧段对${\rm{NH}}_4^ + $-N的去除起主要作用。${\rm{NO}}_3^ - $-N浓度在缺氧段中有小幅度增加，在好氧段逐渐增加且趋于稳定，说明内回流和外回流比正常，生物池沿程脱氮效果良好。${\rm{NO}}_2^ - $-N浓度较小且沿程变化不大。厌氧池和好氧池对TP的去除率分别为23.8%和21.5%，缺氧池没有去除磷的能力，生物除磷效果明显低于郭玉梅等^[9]研究的厌氧池和好氧池对磷的去除率。这说明生物系统中没有活性较强的聚磷菌，需要借助化学除磷手段进一步降低TP浓度，所以在生物池出水端和滤池前端投加化学除磷药剂。如图3所示，化学除磷药剂投加浓度为25.46~68.19 mg·L⁻¹，投药浓度与进水BOD₅/TP值变化趋势呈负相关，即进水BOD₅/TP值较低时，需加大投药浓度，同时投加除磷药剂还起到吸附污泥颗粒加速沉淀作用从而使出水更清澈。

由功能菌活性实验可以看出，厌氧段单位重量的混合液挥发性悬浮固体浓度在单位时间内微生物释磷速率为1.83 mg·(g·h)⁻¹(以MLVSS计)，明显低于许德超等^[10]得出的释磷速率12.86 mg·(g·h)⁻¹，这进一步说明生物除磷效果较差，与沿程分析结果一致；缺氧段单位重量的混合液挥发性悬浮固体浓度在单位时间内微生物的反硝化速率为3.87 mg·(g·h) ⁻¹；好氧段单位重量的混合液挥发性悬浮固体浓度在单位时间内微生物的氨氧化速率为1.83 mg·(g·h) ⁻¹、亚硝酸盐氧化速率1.03 mg·(g·h) ⁻¹。经计算，假设硝化反应仅在好氧段进行，将进水${\rm{NH}}_4^ + $-N(浓度为16.83 mg·L⁻¹)完全转化为${\rm{NO}}_3^ - $-N所需的时间为7.29 h，该反应时间小于好氧段的水力停留时间(HRT为8.44 h)，说明该水质净化厂能够满足硝化反应所需的水力停留时间。将${\rm{NO}}_3^ - $-N完全反硝化(假设${\rm{NH}}_4^ + $-N全转化为${\rm{NO}}_3^ - $-N)所需时间为4.96 h，因此，反硝化速率较低是反硝化脱氮的限制因素，可通过降低内回流DO和增加缺氧段碱度来提高微生物的反硝化速率。

对生物池的活性污泥进行生物相镜检，结果如图4所示。生物池中有大量的累枝虫、钟虫、盾纤虫和轮虫，说明固着型纤毛虫数量较多，活性污泥正常，出水水质良好。轮虫是活性污泥处理污水效果较好的指示性生物，但有污泥老化的趋势，应适当排泥，降低有机负荷率F/M。活性污泥成熟期菌胶团数量较多，结构紧密。

二级出水和深度出水各项指标如表3所示。二级出水和深度出水的${\rm{NH}}_4^ + $-N、TN和COD相差不大，而深度处理后的TP(滤池混合井投加除磷药剂)和SS浓度有明显降低，说明深度处理对有机物和氮素基本没有去除效果，对TP和SS的去除率分别为60.3%和33.71%。除磷效果明显高于郑育毅^[11]用改性硅藻土深度处理城市污水厂出水的效果。其主要原因是，除磷药剂中Al³⁺和Fe³⁺与${\rm{PO}}_4^ {3-} $生成沉淀物，从而降低了TP。V型滤池对SS的去除效果略低于郭强^[12]利用纤维转盘滤布滤池对SS的去除效果。

2018年平均处理水量为15.57×10⁴ m³，污泥生成量为22.3 t·d⁻¹。生物池混合液悬浮固体浓度MLSS为4 348 mg·L⁻¹，混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS为1 261 mg·L⁻¹。1 mg混合液挥发性悬浮固体浓度中氮含量为0.098 mg、磷含量为0.03 mg。经计算，该水质净化厂去除的总氮量为2.07 t·d⁻¹，其中被微生物同化的氮含量为0.893 t·d⁻¹，被同化的氮含量占43%，另外57%的氮通过反硝化作用被去除。磷主要通过剩余污泥的排放而得以去除^[13]。该水质净化厂去除的总磷量为0.53 t·d⁻¹，通过微生物合成和吸附被去除的磷含量和与除磷药剂形成化学沉淀的磷含量各占49.06%和50.94%。

综上所述，总氮去除率较低是水质净化厂存在的常见问题，可通过降低内回流DO、增加缺氧段碱度以及投加碳源等方式增加总氮的去除率。当生物除磷难以满足除磷要求时，应及时采用化学除磷方式，投药浓度与进水BOD₅/TP变化趋势呈负相关，即进水BOD₅/TP较低时需加大投药浓度，确保出水TP达标排放。

1)该水质净化厂进水水量有一定的季节变化，进水可生化性一般，生物脱氮可行，生物除磷效果有限，需借助化学除磷增强除磷效果。

2)大部分有机物在厌氧段和缺氧段被去除；好氧段微生物的氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率能满足硝化反应的正常进行；但缺氧段反硝化速率较低，是生物脱氮的限制因素，可通过降低内回流DO和增加缺氧段碱度来增强微生物的反硝化速率。生物池中有大量的累枝虫、钟虫、盾纤虫和轮虫，且成熟期菌胶团数量较多，结构紧密。

3)深度处理对有机物和氮素基本没有去除效果，对TP和SS的去除率分别为60.3%和33.71%。通过物料平衡计算，被同化的氮含量和反硝化的氮含量各占43%和57%。通过微生物合成和吸附被去除的磷含量和与除磷药剂形成化学沉淀的磷含量各占49.06%和50.94%。

4)通过对深圳某水质净化厂的深度脱氮除磷工艺效果分析，发现可通过降低内回流DO、增加缺氧段碱度以及投加碳源等方式增加总氮的去除率。同时，可采用化学除磷的方法增强总磷的去除率，投药浓度与进水BOD₅/TP变化趋势呈负相关。