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为推进城镇小规模污水处理事业发展,寻找简单、高效、节能、投资省、占地面积小、运行管理方便、灵活和多功能的污水生物处理技术,研制高效的生物反应器尤为重要。本研究通过改善填料的结构,优选多种填料混合组成,提高新型填料的各项性能,从而提高生物反应器的处理性能。依据对混合填料生物反应器的生物生长、水流分布、物质迁移及沉淀分离等特点的分析,针对反应器进行了理论与试验研究,得出以下主要结论：(1)投加填料可以明显提高反应器对浊度的去除效果和氧转移速率。无曝气时反应器对浊度的去除率为82%,曝气时反应器对浊度的去除率为41.75%。同等试验条件下,与无填料反应器相比,沉淀效率在无曝气时可提高2.1倍,曝气时可提高1.4倍。投加填料时,反应器的氧转移效率可提高39.63%。(2)混合填料生物反应器的驯化挂膜速度快,从接种驯化开始到生物膜成熟,仅需要7天左右的时间。在HRT=1h时,反应器内丝状菌和细菌多,原生动物较少,有大量轮虫、线虫等后生动物。实验表明：在高负荷下,反应器内生物膜仍然挂膜均匀,生物相良好。(3)混合填料生物反应器对污水中有机物的去除速度快,去除效率高。试验测定的平均污泥浓度为10.4g/L。HRT为1h条件下,有机物容积负荷为11.13kgCOD/m3·d,污泥负荷为1.07kgCOD/kgMLSS·d, CODcr去除率可达到90%以上,出水CODcr小于50mg/L,达到城镇污水处理厂一级A类排放标准。试验表明：混合填料生物反应器为高效生物反应器。(4)随着水力停留时间的延长,混合填料生物反应器对氨氮和总氮的去除效果也相应增加。当停留时间为4h时,出水氨氮浓度达4.27mg/L,低于污水排放一级标准。当停留时间为1h时,出水总氮浓度达到28 mg/L。试验结果表明：混合填料生物反应器对氨氮和总氮的去除率较高。(5)混合填料生物反应器抗冲击负荷能力强,对温度、pH值和DO值的适应性较强,在温度低于10℃、pH值低于5和DO值低于0.9mg/L时仍具有较好的处理效果。可适用于北方寒冷地区和水量、水质变化大的有机工业废水和城镇污水处理(6)进行有机物降解反应动力学分析研究,根据试验结果,根据Mnodo方程式,推导了反应器的有机物降解反应动力学模型,即回归显著性系数为R=0.977。