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随着我国对水环境质量越来越重视,对污水排放的要求也越来越高。加快城镇污水处理基础设施建设已成为现阶段提高城市水体环境质量的重要举措,但污水处理厂在实际运行中依然面临较多的问题,如脱氮效率低、运营成本高、处理效果不稳定等等,尤其是北方地区冬季低温条件下如何实现稳定高效的处理效果成为污水处理行业急需解决的难题。针对城镇低温条件下污水处理高效脱氮技术难题,本研究构建了一套中试规模的两段进水三级A/O-移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor—MBBR)系统,利用多段进水多级A/O与MBBR两种技术的优势来解决此技术难题。研究过程中考察了不同温度、不同水质环境下系统对各种污染物的去除效果,探究了反应器的布置方式(两级A/O-MBBR分系统串联布置、缺氧区与好氧区均分成两个反应器布置)对系统去除能力的影响,分析了不同运行条件如温度、可生物降解溶解性 COD(Biodegradable Filtered COD,BFCOD)去除负荷、硝化负荷、BFCOD浓度、硝氮浓度对两段进水三级A/O-MBBR系统中各格反应器脱氮能力的影响,提出了各温度条件下系统实现高效脱氮的边界条件(硝化负荷、BFCOD浓度)取值范围,为城镇污水处理高效脱氮多段进水多级A/O-MBBR系统的构建及其优化调控提供技术支撑。主要研究结果如下:(1)以酒店生活污水为处理对象,在反应温度为12～15℃、中试系统HRT为7 h、A9反应器外加60 mg COD/L乙酸钠、A5反应器外加50 mg COD/L乙酸钠条件下,COD、氨氮、TIN 去除率分别可达 81.58±6.94%、99.42±2.91%、89.65±4.53%。以城市生活污水为处理对象,在反应温度为13～16℃、系统HRT为17.5h、A9反应器外加40 mg COD/L乙酸钠条件下,COD、氨氮、TIN去除率分别达到91.19±3.89%、99.10±1.22%、68.16±9.99%。(2)相较于两级A/O-MBBR分系统并联的布置方式,两级A/O-MBBR分系统串联的布置方式在各温度下(6～15℃)均能提升第二级A/O-MBBR分系统的溶解性COD(SCOD)、氨氮、TIN的去除能力;在各负荷下均能提升第二级A/O-MBBR分系统的SCOD、氨氮的去除能力。温度越低、系统容积负荷越高,采用两级A/O-MBBR分系统串联的布置方式对第二级A/O-MBBR分系统脱氮能力提升幅度越大。且两级A/O-MBBR分系统串联的布置方式能增强第二级A/O-MBBR分系统好氧区的同步硝化反硝化进程、抗低温影响能力与抗冲击负荷能力。(3)在反应温度为6-15℃、系统COD容积负荷为497.33±157.73 g COD/(m3·d)、系统有机容积负荷为353.83±121.11 g SCOD/(m3·d)、系统氨氮容积负荷为106.92±30.71 g NH-4+-N/(m3·d)条件下,O3反应器的硝化去除负荷主要受BFCOD去除负荷影响,O4、O7、O8、O10反应器的硝化去除负荷主要受硝化负荷影响。在不同温度下各好氧反应器达到最佳硝化效果的硝化负荷有所不同,实际运行中可通过调节两段进水流量比例、反应器容积、溶解氧(DO)浓度等来控制各好氧反应器处于最佳硝化负荷下。温度为12～15℃时,A1反应器最佳BFCOD浓度为37.5mg/L;温度为9～12℃、12～15℃时,A5反应器最佳BFCOD浓度分别为35 mg/L、22.5 mg/L,两反应器外加碳源浓度与反应器内原BFCOD浓度之和不宜超过最佳BFCOD浓度。(4)实际运行中可以考虑减少O4、O8反应器的容积(填充率不变)来提高硝化负荷以增强两反应器氨氮去除能力;在O10反应器进水氨氮浓度低于2 mg/L时应降低反应器内曝气量以减少能耗;基质浓度较低导致A2、A6两缺氧反应器反硝化效果较差时,可以考虑减小A2、A6两缺氧反应器容积甚至取消这两个反应器。