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太湖流域水乡城镇自改革开放以来，以其优越的地理位置、丰富的物产资源、便利的水陆交通，成为我国新型的工业企业城镇。使得该地区城镇污水厂接纳了大量工业废水，这类废水具有组分复杂、污染物难降解、可生化性能差等特点。本文以宜兴市官林凌霞污水处理厂二级出水为研究对象，该废水中含有甲苯、二甲苯、环氧结构的有机物等。实验采用O3/BAF联合工艺对二级出水进行深度处理的效果。实验研究臭氧高级氧化在不同pH、投加量、氧化时间等工况条件下，反应装置对废水中COD、NH3-N、UV254等污染物质的去除效果，得出最优工艺参数分别为pH值8.5左右，氧化时间30min、投加臭氧约为45mg/L。处理后废水B/C值有初始0.22增加到0.41，明显提高该废水的可生化性。在最优工况下，臭氧氧化对二级出水中的COD、UV254有较好的去除效果，去除率分别为26.3%、51.5%。针对BAF处理工艺，选取不同的DO、水力负荷、温度、填料高度等工况，研究其对废水中COD、氨氮、UV254等污染物质的去除效果，得出最佳工况为pH值7～8之间，温度25，DO为4mg/L，水力负荷为0.21m3/(m2h)，水力停留时间为2.4h。并研究观察曝气生物滤池的微生物，最后采用分子生物学手段对微生物群落结构进行解析。实验以陶粒为填料，采用接种污泥挂膜方法启动曝气生物滤池。启动过程中，COD和NH3-N的去除率逐渐增加，稳定阶段二者的去除率分别为33.4%和75.3%。研究在最佳工况条件下运行时，O3/BAF联合工艺对污染物COD、NH3-N、UV254和浊度的去除率分别达到58.3%、85.4%、76.7%和80%，达到水处理标准。观察发现，进水端生物膜较厚，颜色较深，填料的空隙较小；随着滤层高度增加，生物膜逐渐变薄，颜色逐渐变浅。整个系统中活跃着大量的杆菌、丝状菌、钟虫、藻类、球菌等。进水端、中间段和出水端生物膜表面形态结构、种群组成等各有特点。