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2005年，全国废水排放总量为524.5亿吨，其中城镇生活污水排放量为281.4亿吨，占废水排放总量的53.7％，其中小城镇生活污水处理率低，污水的直接排放不仅造成小城镇本身的环境污染日趋严重，而且成为区域性水环境的重要污染源。由于小城镇污水水质主要以生活污水为主，针对这个特点，本研究选择与小城镇污水水质相类似的上海市东区水质净化厂初沉池出水为研究对象，采用一体化AmOn工艺对其进行处理。经过小试、中试试验研究，在对该工艺运行条件和工艺参数进行详细研究的基础上，结合分子生物学等分析手段，对工艺去除污染物的机理进行了初步探讨和分析，并根据试验结果构建了工艺的数学模型。本论文主要分为以下四部分研究内容及结论。 一体化AmOn工艺小试试验研究内容包括：（1）反应器水力停留时间优化研究。结果表明：水力停留时间为8.5h时，一体化反应器具有良好的有机物去除和脱氮能力，超过8.5h以后，水力停留时间的延长对反应器污染物去除效果影响不明显。（2）系统污泥龄优化研究。结果表明：从污染物去除角度而言，当外界温度比较适应的条件下，AmOn工艺可以采用较低的泥龄，在水温大于20℃，泥龄为10d的情况下，CODCr、NH3-N、TN、TP的平均去除率为别为66.4％、83.8％、54.7％、48.1％。（3）好氧区溶解氧浓度对反应器处理效果影响的研究。结果表明：好氧区溶解氧浓度是控制工艺运行的关键参数，它不仅影响着一体化反应器好氧区微生物各种生理活动，而且影响着厌氧／缺氧区有效容积的大小。试验表明：保持反应器好氧区溶解氧浓度在3.0～5.0mg／L是合适的选择。（4）悬浮填料AmOn一体化小试试验研究。试验考察了不同填料填充比在不同溶解氧浓度条件下对污染物的去除效果。结果表明：相同溶解氧浓度下，填料填充比的下降，反应器对污染物的处理效果下降；相同填充比不同溶解氧浓度条件下，溶解氧浓度较高的工况污染物去除效果好于较低的工况，但随着填充比下降，溶解氧浓度造成的处理效果差异减小。（5）悬浮填料活性污泥一体化AmOn工艺研究。由于悬浮填料强化了好氧硝化效果，使得活性污泥可以选择较低的污泥龄，利于整个系统的脱氮除磷效果，在悬浮填料填充比为30％，活性污泥龄为9d条件下，反应器污染物去除效率分别为：CODCr：75.2％、NH3-N：76.5％、TN：65.5％、TP：55.2％。 一体化AmOn工艺污染物去除机理研究内容包括：（1）利用PCR-DGGE方法分析研究AmOn一体化污水处理系统中氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌群落的结构和多样性特征。结果表明，工艺运行特征显著影响菌群组成。其中，相对于AOB菌群和Nitrobacter菌属，Nitrospira菌群结构的改变更为明显。同一反应器中不同