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随着我国经济的不断发展和人们环境意识的进一步增强，小城镇污水处理刻不容缓。但是现行常规处理工艺基建投资大、能耗高、运行管理复杂，在技术经济力量薄弱的小城镇地区应用十分困难。近年来，各种污水生态处理技术得到充分发展，业已成为小城镇污水处理的经济选择。本论文作者对高峰镇高峰场生活污水处理工程进行了工艺设计。设计中有效利用当地地形高差采用自然跌水曝气技术，并结合当地土壤气候条件构建人工土层快渗系统，经工艺比选，创新性的提出了“厌氧水解+自然跌水曝气+改良人工土层快渗系统”工艺。污水厂近期设计规模为800m~3/d，远期设计规模为1400m~3/d。污水厂设计进水水质为：COD300mg/L、TP5mg/L、NH4+-N30mg/L、TN40mg/L。工程完工以后，经过长期的运行研究表明：在小城镇特有的水质水量条件下，污水厂稳定运行以后，出水水质基本能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准要求。根据进出水水质长期监测，本研究对该组合工艺主要污染物的去除效果进行了分析；考察了温度对组合工艺污染物净化效果的影响；探讨了快渗系统进水负荷和去除负荷的关系。结果表明：组合工艺对小城镇生活污水具有较强的抗冲击负荷能力和较好的污染物去除效果；系统中COD和NH4+-N的去除与温度显著相关，TP去除与温度不相关；快渗系统单位面积各污染物去除负荷与进水负荷近似服从对数关系。工程稳定运行以后，污水厂每年可削减COD：14.377吨、NH4+-N：3.995吨、TN：2.915吨、TP：0.347吨，取得了良好环境效益。对工程的经济分析表明组合工艺基建吨水投资为2522.2元/m~3，较之常用工艺减少20%~50%。运行成本仅为0.18元/m~3，较之常规工艺成倍下降，经济效益显著。通过污水厂的设计及运行研究表明“厌氧水解+自然跌水曝气+改良人工快渗系统”组合工艺基建省、能耗低、维护管理简单，去除率较高且较为稳定，气温和进水负荷对处理效果有一定影响，但处理出水水质能够基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准要求，适用于山地小城镇生活污水处理，其设计与运行经验可为类似城镇污水处理厂提供借鉴和参考。