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目前我国城市污水处理厂采用的活性污泥法及其变形工艺存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、易受冲击负荷影响等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的要求。随着新型滤料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展的生物膜法工艺技术获得了快速发展。
为了满足稳定的处理效果、并达到节能和减小运行维护难度的目的，本课题开发了两段上向流曝气生物滤池。处理功能分区、生物相分级是两段上向流曝气生物滤池具有稳定的处理效果的直接原因，论文通过两段曝气生物滤池处理城市生活污水的试验研究，进一步了解曝气生物滤池的去除机理，确立最佳运行参数，并对填料进行比选、优选。得出以下结论：
①两段上向流曝气生物滤池最佳水力停留时间为8h(第一段4.4h，第二段3.6h)。在水力停留时间为8h的情况下，分别控制BAFC段、和BAFN段溶解氧在2～3mg/L和3～5mg/L，其出水COD、SS及氨氮浓度可以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级排放标准。
②两段上向流曝气生物滤池能承受一定的COD容积负荷及水力负荷冲击。当COD容积负荷在0.3～1.0kg/m3·d范围时，具有较高的COD及氨氮去除率，该去除率随COD容积负荷没有明显变化；但COD容积负荷增大到0.6kg/m3·d以后，出水氨氮已经有部分不能满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B类标准。另外，水温对两段上向流曝气生物滤池处理效果的影响有限。当水温低于15℃时，硝化效果明显变差。PH值对处理效果没有显著影响。生物相可以指示生物滤池维护的好坏、处理水质是否良好。
③两段上向流曝气生物滤池中第二段滤池填料层在沿程的0～0.8m为其对污染物去除最活跃的部分。在0.8m处出水的COD、氨氮、SS浓度已经达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级排放标准。在0.8m之后，填料沿程COD、氨氮、总氮、总磷、SS的浓度及去除率变化较小，主要起到对出水水质保障的作用。
④填料对两段上向流曝气生物滤池运行性能及处理效果有很大的影响。第一段和第二段分别采用半软性填料和颗粒性填料比两段均采用颗粒性填料更有利于延长反冲洗周期；酶促好氧填料的硝化性能明显优于PYC挂膜陶粒，适合作为第二段曝气生物滤池的填料。
此外，在BAFC段采用半软性填料，BAFN段采用酶促好氧填料的情况下，可以建立TUBAF去除有机物的动力学模型：(公式略)