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在我国快速的城镇化进程中,城市区域内部分生活污水、地表径流和大量的外源污染物未经充分处理进入河流,污染物负荷严重超过河流的最大环境容量,由此造成河流的生态系统受损,河流呈现出黑臭污染状态。城市河流污染与居民生活环境质量改善的需求形成强烈反差,全面消除城市黑臭水体已经成为城市水务管理的重要任务之一。针对城市黑臭水体在无降雨时段有机物和氨氮污染持续、降雨时段颗粒物污染凸显的特征,开发具备高效生物转化和颗粒物截留双重功能、且能灵活切换的城市黑臭水体治理技术具有重要意义。本论文利用接触絮凝过滤与曝气生物滤池技术原理,研发了用于处理城市黑臭水体的多级过滤-曝气生物滤池组合工艺。以南方H市的QJ河为研究对象,通过小试试验系统研究了不同填充滤料、曝气生物滤池挂膜时间等因素对处理效果的影响,并通过现场试验验证多级过滤-曝气生物滤池组合工艺处理城市黑臭水体的实际运行效果。研究结论表明:(1)分别填充沸石、火山岩和沸石与火山岩组合滤料的三组曝气生物滤池,挂膜成功的时间分别为15d、17d和12d,组合滤料曝气生物滤池挂膜时间最短。(2)在稳定运行期间,火山岩、沸石和沸石与火山岩组合滤料曝气生物滤池,对氨氮的平均去除率分别为89.5%、87.4%、93.9%;对COD的平均去除率分别为55.9%、49.4%、61.7%。对比研究显示,组合滤料曝气生物滤池处理效果最优。(3)沸石、火山岩和沸石与火山岩组合滤料曝气生物滤池的处理效果跟滤料填充高度成正相关,跟水力停留时间成负相关;随着进水氨氮浓度的增加,三组曝气生物滤池对氨氮的去除率先升高后趋于稳定,对COD的去除率先升高后下降。(4)采用多级过滤-曝气生物滤池组合工艺处理H市黑臭水体的现场试验结果证明该组合工艺对氨氮、COD、浊度、总磷的去除率分别为85.0%、54.9%、90.0%、54.6%。该组合工艺在降雨时段快速去除颗粒污染物提高水体透明度,非降雨时段能够稳定高效地去除城市黑臭水体的氨氮。(5)现场运行实践证明,该组合工艺具有抵抗冲击负荷能力强、处理效果稳定、设备制作成本较低、占地面积较小和操作简单的优点,具有工程推广前景。