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本研究将A/O工艺和生物膜工艺有机地组合为一体化生物膜反应器,对其处理城市污水进行了中试研究,考察了运行的优化参数及稳定状态下的运行效果,建立了一体化生物膜系统机理模型并对反应器的实际运行进行了仿真模拟。试验采用连续进水方式运行,原水水质为:COD浓度56-1188 mg/L,氨氮浓度9-54 mg/L,TN浓度14-59 mg/L,TP浓度2-30 mg/L,SS浓度30-1266 mg/L,pH范围6.5-8.0。在优化参数试验阶段,对水力停留时间、泥水回流比、温度和溶解氧这四个运行参数进行优化。综合考虑污染物处理效果以及经济可行性,本试验最佳水力停留时间为7 h,最佳泥水回流比为100 %,最佳温度为28-30 oC,脱氮最佳溶解氧范围为3-4 mg/L,除磷最佳溶解氧范围为4-5 mg/L,最佳容积负荷为2.50 kgCOD/(m3·d),最佳污泥负荷为0.55-0.81 kgCOD/(kgMLSS·d)。研究选取上述优化条件进行反应器稳定运行试验。根据好氧区溶解氧范围的不同(4-5 mg/L和3-4 mg/L)试验分成两阶段进行。整个运行过程中,反应器对有机物的去除效果较好且较为稳定,总COD平均去除率达到89.5 %,BOD5平均去除率达到92.4 %,出水水质满足国家一级排放标准B标准。溶解氧为4-5 mg/L时,氨氮、TN和TP的平均去除率分别为79.7 %、48.0 %和91.8 %;溶解氧为3-4 mg/L时,氨氮、TN和TP的平均去除率分别为84.6 %、64.4 %和66.5 %。在溶解氧为4-5 mg/L和3-4 mg/L时,分别有11.4 %和31.3 %的TN在好氧区被去除,说明在好氧区有同步硝化反硝化现象发生。在ASM2简化模型的基础上建立了一体化生物膜系统机理模型。模型较为准确地模拟了出水总COD实测值,但对于出水氮、磷指标的模拟与实测值存在一定差距。通过模型参数的灵敏度分析,选择影响程度大的参数对模型进行调整校正,调整后模型对各项指标模拟相对误差均小于5 %。动态模拟过程中,总COD、氨氮、TN和TP的模拟平均相对误差分别为12 %、27 %、16 %和11 %,说明该机理模型对一体化生物膜系统能起到较好的模拟作用。