城镇污水氮磷超标排放会引起水体富营养化等环境问题。随着国务院《水污染防治行动计划》的颁布,我国将加快城镇污水处理设施建设与改造。其中,敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水应于2017年底前全面达到一级A排放标准(GB18918-2002),因此,急需研发脱氮除磷新工艺提高处理效率。基于藻类的生物膜技术具有高效低耗、资源可利用等优势,在城镇污水脱氮除磷研究中受到关注。本论文以某城镇污水处理厂二沉池中的优势丝状藻种短带鞘藻(Oedogonium brevicingulatum)为藻源,以该厂好氧池中活性污泥为菌源,采用弹性立体填料为载体和外固定挂膜法方式,构建了短带鞘藻-活性污泥固定化体系;以脱氮除磷效果为评价指标,优化了该体系的藻菌比、光暗比、挂膜时间和填料体积,并考察了水质条件(pH、碳氮比、碳源种类、水温)的影响。在此基础上,以二沉池为模型设计并运行了固定化藻菌生物膜反应器,初步评价了该反应器在不同运行条件下的脱氮除磷效果及经济效益。论文得出以下结论:(1)以短带鞘藻-活性污泥构建的藻菌共生体系,在藻菌比2:1~5:1范围内,藻菌比为3:1的实验组优于其它实验组的脱氮除磷效果;相比光暗比为10h:14h的实验组,光暗比为14 h:10 h、12 h:12 h的实验组脱氮除磷较高但组间差异较小,选择更节能的12 h:12 h;在挂膜时间0~72 h范围内,48 h挂膜时间表现出脱氮除磷效果更高;在填料体积1/3~1范围内,填料体积填满反应装置(填料体积=1)时,表现出优于其他实验组的脱氮除磷效果。在上述优化的工艺条件下,该体系运行12 h后,对氨氮和正磷酸盐的去除率分别为100%和70.71%。(2)水质条件对短带鞘藻-活性污泥构建的藻菌共生体系脱氮除磷效率的影响表现为:pH值在6~9范围,pH=7的体系表现出脱氮除磷效果最好,对氨氮和正磷酸盐的去除率分别为100%和66.56%;进水碳氮比在30:2~70:2范围内变化时,碳氮比为50:2更有利于该体系脱氮除磷,对氨氮和正磷酸盐的去除率分别为100%和47.86%;在不同碳源条件下,该体系对氨氮均能完全去除但除磷效果差异较大。葡萄糖为外加碳源的实验组与乙酸钠、甲醇相比,表现出较高的除磷效率(70.71%);水温从10oC上升至30oC时,脱氮除磷效率表现出先升高后降低的趋势,体系在水温为20oC对氨氮和正磷酸盐的去除率均达100%。(3)以二沉池为模型设计的固定化藻菌共生生物膜反应器对模拟城镇污水具有连续稳定的去除效果。进水中氨氮、正磷酸盐和COD分别为2 mg/L,0.7 mg/L和50 mg/L时,当水力停留时间HRT=12 h,运行周期24 d,出水中氨氮平均浓度、正磷酸盐、COD的平均浓度分别为1.38 mg/L、0.53 mg/L和24.93 mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。当HRT在3~12 h范围变化时,HRT大于6 h时出水水质可达到一级A标准。HRT减少到3h时,可通过曝气控制反应器内氧化还原电位(150 mv~350 mv范围)来提高脱氮除磷能力。控制氧化还原电位在250 mv以上,出水水质能达到一级A标准排放。该反应器在运行期间,对进水水质条件的变化表现出良好的稳定性。经济效益评价表明,满足改扩建条件的污水处理厂,污水处理厂运行该反应器仅需在现运行成本上增加0.01元/m3(冬季0.51元/m3)即可达标排放。