曝气生物滤池因其占地面积小、产污泥量少、操作简单、投资成本低等优点成为城镇污水厂升级改造的首选工艺,目前应用较多的是前置反硝化工艺,将A/O工艺与曝气生物滤池工艺结合,通过硝化液回流和进水的中有机物进行脱氮,但在实际运行中暴露了较多的缺点,如水头损失大,对预处理要求高,生物除磷的效果差,硝化和反硝化效率较低等问题。针对上述缺点,本课题研究一种新型的以悬浮滤料膨胀床为核心的城镇污水处理工艺即缺氧-好氧-缺氧悬浮滤料组合生物滤池工艺,该工艺结合前置反硝化和后置反硝化的特点,其主要优点是水头损失小,纳污能力强,反冲洗简单,能耗低。本文分别研究了第一级反硝化滤池的进水方式,预处理工艺以及反硝化效能的影响因素,第二级硝化滤池的硝化效率的提高方法,以及第三级缺氧池强化脱氮除磷的功能,对城镇污水厂的设计,开发和应用推广具有实际意义。本文主要的研究结果如下:(1)第一级悬浮滤料缺氧池具有较好的预处理和反硝化功能,选用降流式的进水方式具有更强的截留能力,在无前置沉淀池的进水条件下,缺氧池对COD和TN的去除能力增强,反冲周期缩短,但反冲洗周期仍能达到72h,远高于目前一天一冲洗的曝气生物滤池,表明悬浮滤料组合滤池工艺无需前置沉淀池预处理,缩短了常规工艺流程,具有更强的适应性。(2)第一级悬浮滤料缺氧池滤料层高度对反硝化具有较大的影响,滤层高度越大反硝化的效果越好,为保证较好的反硝化效能,在进水负荷为4 m~3/(m~2·h)时,在缺氧池滤料层厚度为3.5m时,适用的回流比为100%~200%,滤料层厚度为4m,适用的回流比为100%~250%,在滤料层厚度为4.5m时,适用的回流比为100%~300%;且滤料层厚度的增加对滤池水头损失的增加量较小,能够通过增加滤料层厚度来增强滤池的处理效能。(3)水力负荷升高,第一级缺氧池的反硝化效能降低,水力负荷超过6m~3/(m~2·h)时,缺氧池对TN和COD的去除明显下降,缺氧池进水端溶解氧浓度也会影响反硝化作用,缺氧池溶解氧浓度为1.9mg/L时,对TN的去除率最高,反冲洗对反硝化效能影响较大,但短时间能恢复处理效果,在长期的运行中温度降低,反硝化效能也会受到较大影响。(4)缺氧段和好氧段的容积比为1:1.5时,好氧硝化池具有较好的硝化效能,继续增大好氧段的比例,硝化效能增加不明显;水力负荷、容积负荷、溶解氧、反冲洗以及温度都会对好氧池的硝化效能造成影响,且实际结果表明影响因素对好氧池出水的氨氮的影响相对较大,对出水有机物影响较小。(5)悬浮滤料组合工艺前两级生物除磷效果相对较差,可通过在第三级滤池投加少量絮凝剂后出水的总磷小于0.5mg/L,远小于污水厂出水的总磷浓度,同时通过在第三级滤池投加碳源能够进一步降低出水的总氮浓度,表明第三级滤池具有稳定有效的脱氮除磷的功能,且进水水力负荷在4~6m~3/(m~2·h)时要保证较好的脱氮除磷效能,第三级滤层厚度至少需要3~3.5m。(6)进水负荷为4m~3/(m~2·h),回流比为150%,好氧池出水溶解氧为3mg/L时悬浮滤料组合工艺对COD、氨氮、总氮、SS、TP的去除率分别为86.2%、92.7%、63.1%、96.6%、90.2%,出水水质全面达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。