土地资源是人类生存与发展的物质基础,在城市化快速发展的今天,城市可利用土地资源不足问题越来越突出。然而随着我国城市化率的升高,城市生活污水产生量逐年增加,污水处理需求加大。污水厂作为纳污、消污和改善我国水环境质量的重要基础设施,其需求量的增加亦加剧着我国城市用地紧张的局面。本文针对污水厂建设快速推进过程中用地不足的瓶颈,从污水厂节地途径研究出发,展开了污水厂节地因子分析与污水厂节地措施的探索。针对污水厂中占地较大的污水脱氮工艺,提出了通过强化污水脱氮和利用尾水受纳水体进行功能拓展等方式来降低污水厂占地的研究思路,并在此基础上开发与实验了用于强化硝化作用的新型悬浮填料和强化尾水脱氮的管式反应器,为提高我国污水厂土地利用效率和缓解城市用地矛盾提供参考与借鉴。在污水厂节地因子分析中发现,污水厂主要占地影响因素有污水处理规模、污水处理工艺、污水处理标准和经济因素。污水厂处理规模越大,总占地越大,其土地利用率越高；污水处理工艺间处理设施占地不同、整体布局不同对污水厂占地大小产生一定影响；污水处理标准决定着污水处理的复杂程度,影响着污水厂用地需求；经济因素对占地的影响表现为城市土地价格、经济水平影响污水厂可用土地面积,而污水厂可用土地面积又决定着污水工艺的选择,影响着污水厂建设与运行等费用。污水厂主要节地措施有工艺技术改造、污水厂平面布局优化及竖向功能强化、污水处理设施集成技术和尾水受纳水体的利用。其中,污水处理工艺技术改造、污水厂平面布局的优化和污水处理设施集成技术是对当前的污水处理工艺、技术和污水处理设施结构的研究与改进措施,也是污水厂节地的主要措施。尾水受纳水体的利用主要以提高厂外资源的利用效率的方式来缓解污水厂用地紧张局面。在悬浮填料实验研究中,填料填充率为40%时强化硝化效果明显高于填充率为20%时。较低填充率下,沸石含量与是否包裹硝化细菌均对填料硝化性能有较大影响。随着填充率的提高,包裹硝化细菌对填料强化性能的强化作用变小。填料的投加对于提升低温下硝化性能具有一定的帮助,但亚硝氮积累率会上升。对装置1、4、7及硝化污泥系统中菌群结构研究发现,投加填料有利于提高硝化细菌的比例；包裹相同沸石量填料投加装置中硝化细菌所占比例相近,但是未包裹硝化细菌填料的投加装置(装置4)中硝酸细菌比例高于包裹硝化细菌填料的投加装置(装置1)；投加填料装置中厌氧氨氧化菌比例高于空白组(装置7),推测填料内部形成了厌氧空间,该填料结构有利于厌氧氨氧化菌的生长,有利于提高填料的强化脱氮性能。对微生物多样性指数—Shannon指数研究结果表明,投加填料对装置中微生物多样性影响小。在管式反应器脱氮实验研究中发现,填料有机物释放特性是决定反应器脱氮性能的最主要因素。丝瓜络、棕丝、甘蔗渣和辫式填料中,甘蔗渣有机物释放量最大,其次为丝瓜络、棕丝和辫式填料；在空管水力停留时间(HRT)为8.5h时,管式反应器平均总氮去除率表现为甘蔗渣反应器最高(72.1%),丝瓜络反应器次之(41.1%),棕丝与辫式填料反应器平均总氮去除率较低(分别为12.9%和11.9%)。根据丝瓜络、棕丝和辫式填料的疏松结构特性及对反应器填料成本估算分析,认为甘蔗渣与棕丝填料混合利用是改善反应器流水状况、提高甘蔗渣释放的有机物质利用效率和保证反应器较高脱氮性能的经济最优方案。对甘蔗渣管式反应器内部细菌群落结构分析发现,该反应器内主要优势菌为反硝化细菌,其所占比例(21.1%)远大于厌氧氨氧化菌比例(2.0%),反应器主要脱氮方式为异养反硝化作用。