为保证我国重大水专项南水北调东线工程水质顺利实施,确保沿线水质安全,提高沿线工业废水排放标准,南四湖流域的水质安全保障和流域沿线工业企业排放的严格控制尤为必要。而南四湖流域的污染经过调查主要集中在煤化工、造纸、食品等行业,流域内氨氮和COD(化学需氧量)污染物大部分是来自于高氨氮、低碳氮比、COD构成主要为劣质碳源(生化性能差)的煤化工行业废水,如何对现有煤化工废水的处理设施进行升级改造,出水达到国家排放标准,成为当今解决问题的关键。本实验通过在现有活性污泥处理系统的基础上,以聚氨酯泡沫作为生物载体,改进生物脱氮工艺-固定化微生物增强A/O脱氮处理技术,利用A/O-生物膜系统完成实验室小试实验以及现场中试试验。实验室小试为中试提供参考和数据支持,针对实际运行的实际操作应用,探索了温度、回流比、DO(溶解氧)和HRT(水力停留时间)等基本参数对整个系统影响,确定具体运行方案,充分发挥系统的性能,最大限度的满足对实际废水处理的需要。实验室小试实验数据表明,温度对微生物活性以及整个系统有巨大影响,在温度为20℃以上时,悬浮污泥和生物膜污泥的活性都比较高,废水中氨氮和COD的降解率维持在95%和90%以上,在温度20℃以下时,悬浮污泥活性受到抑制,而生物膜具有更强的低温抵抗性能。回流比对氨氮和总氮的去除效果也会有较大影响,适宜的回流比为200%,氨氮和总氮的去除率分别可以达到95%和75%以上。DO是系统操作过程中一个关键因素,氧气在载体上渗透过程中,形成氧气浓度梯度直接影响菌种的构成分布,如硝化菌和反硝化菌,从而影响硝化和反硝化作用,决定整个系统的处理性能,一般认为在DO为4mg/L时,氨氮和COD的处理效果达到一个理想的效果,但在中试中需要DO稍高,DO需维持在5-6mg/L。根据整个系统的处理效果分析,HRT需要随处理负荷有所调整,一般在24-48h,基本可以完成降解,但是过长的HRT对系统处理效果并不能取得的太大的提升。实验证明,该工艺能克服传统A/O工艺对pH、温度要求严格以及回流量巨大且效率很低等缺点,可调整和控制污泥结构以及活性污泥中微生物的健康状态,由于生物膜载体的存在反应启动快,增强了对低温抵抗性能和抗冲击能力,减少了污泥膨胀发生和缩短了微生物的活性恢复所用时间,提高微生物对有毒物质的承受能力,提高了废水中劣质碳源的微生物利用率,减少除水中硝态氮浓度,实现生物脱氮系统的运行长期处于稳定良好的状态,处理效率高、操作稳定、产污泥量少、固液分离简单,更加适用于实际煤化工废水处理工程水质随时段、昼夜等不断变化的实际的状况。中试系统的稳定良好运行,证实A/O-生物膜系统对于处理煤化工废水具有明显优势,出水水质达到了南水北调东线工程关于南四湖流域排放标准,可以进行推广使用,预计通过项目的研究与示范,可以为南水北调东线重大输水工程调蓄湖泊水质保障提供强有力的科技支撑,促进环境、经济、社会持续协调发展,实现流域内经济结构调整和增长方式的根本转变,确保经济、社会和环境共赢。