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小城镇、学校、医院、偏远地区工厂及农村等地区的污水产生量小且相对分散，如果汇集在一起进行大规模处理，会大大增加管道施工造价、污水提升和维护管理费用，但是巨量的这些污水中的有机物和氮元素对水体的危害是不容忽视的。因此，能够处理分散的污水、除碳脱氮效果好、节能高效且能够广泛应用的污水处理工艺成为人们的迫切需求。本课题研究以山东省教育厅科研项目高效好氧颗粒污泥-泥层过滤反应器试验研究（J09LB14）和青岛市科技局项目小城镇污水-双曝气双回流双污泥过滤处理（12-1-4-4-(5)-jch）为支撑。课题组开发了双曝气好氧双向回流污泥双污泥过滤区的高效反应器（发明专利，专利号：ZL201010573254.4），即具有两个负荷不同的曝气区和两个高浓度泥层过滤区的反应器。本试验采用该反应器处理生活污水，研究反应器接种高污泥量常规负荷快速启动；概念化控制（由于生活污水的水质具有波动性，反应器难以控制在某一特定容积负荷进行研究，只能进行概念化控制，即控制实际容积负荷尽可能在所需容积负荷值，实际控制值在尽量小的范围上下波动）反应器在1.3kgCOD/（m3·d）、1.8kgCOD/（m3·d）和2.3kgCOD/（m3·d）三个容积负荷等级时的除碳及SND脱氮效果与机理；反应器及反应器两段生化反应区各自对COD、氨氮和总氮分别的去除能力；污泥减量效能。试验历时122天，结果如下：（1）反应器在接种一般好氧工艺正常运行时所需污泥量的污泥后，概念化控制1.3kgCOD/（m3·d）容积负荷等级进行启动。启动第3天出水COD即达标，实现了接种高污泥量常规容积负荷快速启动；（2）反应器在概念化控制1.3kgCOD/（m3·d）、1.8kgCOD/（m3·d）和2.3kgCOD/（m3·d）三种不同容积负荷等级条件时：1）反应器出水COD最终都能稳定在50mg/L以下，达到《山东省半岛流域水污染物综合排放标准》（DB37/676-2007）修改单中的一级标准。出水COD平均去除率分别为：91%、90%和90%；对应的第一段生化反应区COD平均去除率分别为：80%、78%和77%；2）通过调节DO范围，三种不同容积负荷等级均实现了SND脱氮过程，其对应第一曝气区对应的DO分别为：0.7-1.1mg/L、1.1-1.5mg/L和1.5-1.9mg/L，第二曝气区对应的DO均为0.5mg/L左右；3）实现SND时的出水氨氮浓度均在5mg/L以下，出水达标，氨氮的平均去除率分别为：96%、96%和96%；对应的第一段生化反应区的氨氮去除率分别为：93%、88%和87%；4）实现SND时的出水总氮的平均去除率分别为：92%、90%和90%；对应的第一段生化反应区的总氮去除率分别为：85%、82%和80%。（3）反应器具有良好的污泥减量效能，污泥减量率在88%以上。