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以佛山市东平河水源作为实验微污染原水,氨氮NH3-N浓度为1.5～2.5mg/L,以悬浮填料为生物载体,自制氧化铁改性石英砂(简称“改性砂”)为滤料,研究水力停留时间HRT、气水比、冲击负荷等因素对NH3-N去除率的影响,确定最佳参数,借助扫描电镜等分析手段,探讨生物预处理与新型改性砂对NH3-N的耦合去除特性,结果表明：生物预处理挂膜阶段：挂膜7天悬浮填料表面附着一层黄褐色的生物膜,以菌胶团生物为主,生物量达70nmolP/g。连续曝气气水比为0.5：1和1：1时,氨氮去除率仅为75%和66%；间歇曝气更有利于氨氮去除。最佳运行参数为：当停气与曝气的时间比为3：1时,氨氮去除率达81.41%。原水水温25～28℃,氨氮去除率可稳定在80%以上；HRT为1h时,去除率稳定在65%～70%。生物预处理稳定运行阶段：表面附有微生物的悬浮填料同时具备物理吸附与生物化学作用,氨氮去除率达80%～90%。当原水氨氮浓度大于2mg/L,HRT为1h时,出水亚硝酸盐氮的累积达0.15～0.25mg/L,满足饮用水卫生标准。原水Zeta电位峰值为-21.0mV,生物预处理能有效降低原水颗粒Zeta电位绝对值至15.5mV。预处理阶段脱落的生物絮体对原始颗粒有着明显的絮凝作用,出水颗粒数量比进水时下降26.8%。经生物预处理后,改性砂表面挂膜第4天即进入稳定阶段,生物改性砂(简称B-IOCS)对氨氮的去除率达80%-88%；而没有经过生物预处理的,改性砂IOCS挂膜成熟期为7天,对氨氮的去除率为77f%～84%。生物普通砂(简称B-RQS)中DO平均减少量为0.97mg/L,而B-IOCS中进出水DO平均减少量为2.12mg/L,生物在IOCS表面吸附牢固,生化作用强烈。生物预处理与改性砂耦合作用后,氨氮去除高达90%,出水中残留颗粒粒径为1～10nm,浊度为0.5NTU以下。滤速为4m/h时,生物滤柱对氨氮去除率最高。当滤柱进水NH3-N浓度为0.47～0.74mg/L,B-RQS滤柱在初期7天内出水NH3-N不能达标,去除率为77.3%。B-IOCS滤柱对NH3-N的平均去除率达84.67%。B-RQS对亚硝酸盐氮去除效果不佳,出水平均浓度约为0.18mg/L左右,而B-IOCS滤柱出水亚硝酸盐氮浓度平均为0.006mg/L。B-IOCS内硝化作用明显,其出水硝酸盐氮平均浓度为4.17mg/L,而B-RQS对应的滤后浓度为3.85mg/L。生物预处理耦合B-IOCS对进水氨氮浓度变化有较强的适应性,对高氨氮浓度的去除率可达90.83%。RQS表面光滑,挂膜后B-RQS表面生物膜结构松散,生物容易流失,对NH3-N去除率较低。而IOCS表面积大,吸附性能好,挂膜后其表面牢固并均匀地附着生物膜,生化作用显著,对NH3-N去除率高。