近年来,我国水污染现象越来越严重,水环境受到了严重的破坏。随着我国对水环境污染治理的重视,城市污水处理厂排放标准越来越严格,现有污水处理厂大部分面临提标改造,特别是我国北方地区污水处理厂。本文针对污水处理厂出水氨氮不稳定这一问题,提出了悬浮填料强化硝化改造方案,并对工艺改造示范工程进行了跟踪监测。本文对悬浮填料筛选、悬浮填料强化硝化影响因素、中试装置对有机物的去除效果以及示范工程实践应用等方面进行了深入探讨。悬浮填料的筛选至关重要,不仅要考虑悬浮填料对水力停留时间的影响,还要考虑能耗问题。通过对悬浮填料流化试验的观察发现,比重略小于1(0.94-0.97g/cm3)的悬浮填料更易于流化；对氧的传质效率较高；比重小于1的悬浮填料更适用。对挂膜后悬浮填料填充率对硝化速率的影响考察发现,硝化速率与填充率呈现出良好的二次函数关系,且在填充率为75%时其硝化速率达到最大值；综合考虑悬浮填料填充率较高时带来的流化性能、系统能耗以及硝化效果等因素,取悬浮填料的高效适用填充率范围为30-50%。中试装置在运行周期分别为8h、6h和4h条件下,6h作为运行周期,既能保证稳定出水,以实现了反应器的高效运行；中试装置在进水22min、搅拌120min、曝气120min、沉淀30min、出水38min、闲置30min、曝气量为20-25m3/h、填充率为30%的工况下稳定运行,对COD、TN、NH4+-N去除效果明显,平均去除率分别为88%、74%和96%。复合系统温度越低悬浮填料对硝化速率的强化作用越明显,在低温(11-15℃)条件下,其强化作用尤其明显,复合系统较活性污泥系统硝化速率高出100%以上；而在高温条件下其优势不如低温条件下明显。在升温和降温试验过程中,温度与硝化速率关系符合Arrhenius方程,温度对硝化速率影响的表达式rT=r(20)·Θ(T-20),升温过程温度系数Θ为1.0385,小于活性污泥系统；降温过程温度系数为1.1659,大于活性污泥系统,这说明升温过程复合系统硝化速率变化较小,而降温过程复合系统硝化速率变化较大。升级改造后,各示范工程即使在冬季水温较低的条件下,出水氨氮也稳定在5.0mg/L以下；由于悬浮填料提高了氧传递效率,所以悬浮填料在工程应用中还能降低能耗,济宁污水处理厂工艺改造后好氧池中曝气量减小为69452m3/d,减少了6.1%,尤其是在1-2月份温度较低的环境条件下其供气量减小幅度更大,甚至达到了29%。悬浮填料附着生物膜量以及生物膜硝化菌比例进行了考察,结果表明,悬浮填料附着生物固体量相对污水厂活性污泥生物固体富集贡献30%以上,芦村污水处理厂更是达到了59%；涂布计数结果表明,悬浮填料生物膜硝化细菌,不仅活性高,而且纯度高,样品培养后计数结果明显高于活性污泥；FISH实验结果表明悬浮填料中硝化细菌比例普遍高于活性污泥,其对硝化细菌的富集作用明显,示范工程中悬浮填料生物膜对硝化功能细菌有效生物量贡献率达55%以上,示范工程中最高的可达73.3%。