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随着小城镇污水处理适用技术缺乏问题的日益突出,论文针对中、高浓度城镇污水水质特点,研制出将有机物、氮磷去除,沉淀,过滤,消毒等工艺单元集为一体的多级生物膜污水处理反应器,在反应器中构建了适于污泥减量的多级生物膜、序批式生物膜解偶联环境及同时硝化反硝化微环境。研究获得了反应器高效同时硝化反硝化的关键参数,同时得出了一体化多级生物膜反应器处理中、高浓度小城镇污水的最佳运行工况参数,特别是冬季低温下的脱氮除磷的技术参数。此外,采用间歇曝气及排泥强化了连续流生物膜反应器除磷效能,通过多点进水方式改善了高氮、低碳小城镇污水脱氮碳源缺乏问题。研究得出如下主要结论:(1)中浓度城镇污水处理试验结果表明:水温25℃时,有机负荷为1.2 kgCOD/m~3·d、氮负荷为0.28kgN/m~3·d、HRT=6.0h时,可使进水COD=320mg/L、TN=68mg/L,NH4+-N=62mg/L,出水COD、TN、NH4+-N分别为15mg/L、14mg/L、7.35mg/L,达到国家一级排放标准。较同类型脱氮反应器处理效能提高30%。(2)高氮城镇污水处理试验结果表明:在温度为20℃,有机负荷为0.85KgCOD/m3·d、氮负荷为0.27KgN/m3·d,HRT=9h、分点进水条件下,可使进水COD为320mg/L、TN为100mg/L,NH4+-N为85mg/L的高氮城镇污水,NH4+–N、TN去除率分别为91.81%、79.35%,出水COD、TN、NH4+-N分别为16mg/L、19.8mg/L、6.86mg/L达到国家一级排放标准。通过分点进水提高了碳源利用效率,与一点进水相比,在相同条件下可使总氮去除率提高10%左右。(3)冬季低温试验表明:在5～8℃条件下,氮负荷为0.16KgN/m3·d,HRT为16h,DO为7～8mg/L时,可使进水COD=320mg/L、TN=90mg/L、NH4+-N=75mg/L的高氮城镇污水,出水TN、NH4+-N分别达到为21.32mg/L、7.35mg/L。若考虑除磷效果,采用间歇曝气在HRT=20h,氮负荷为0.1kgN/m3·d时出水TN、NH4+-N分别为20.3mg/L、9.8mg/L,达到国家一级排放标准。(4)反应器除磷试验表明:在反应器第一级采用间歇曝气(停曝/曝气时间=0.5h/1h),PO43--P的去除率达到40%,提高了20%。在此基础上,通过加强排泥后,出水PO43--P去除率为50%,增加了10%。同时生物膜反应器出水在反应器斜板沉淀区上方的煤渣滤料停留2h,可使出水PO43--P<0.5mg/L,达到国家一级排放标准。(5)反应器污泥减量试验表明:在整个试验过程中,多级生物膜反应器具有良好的污泥减量效果,平均污泥产率为0.045KgMLSS/KgCOD,约为常规活性污泥法的1/10。