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氨氮是导致水体富营养化的重要原因之一,高浓度氨氮废水不仅对水生生物有毒害作用,而且严重危害人体健康。利用生物法处理氨氮废水是目前国内外废水处理领域的研究热点。基于硝化-反硝化原理的普通活性污泥法工艺成熟,脱氮效果稳定,运行成本低廉,被广泛应用于含氮废水处理。但是,单纯采用活性污泥处理高浓度氨氮废水效果不佳。MBBR工艺可强化降解COD、氮和磷,且工艺占地小,不需其它构筑物,将MBBR工艺与普通活性污泥法工艺结合有望实现高浓度氨氮废水的有效处理。然而,目前采用活性污泥-MBBR耦合工艺处理高浓度氨氮废水的研究较少。本论文以高浓度氨氮废水有效处理为目标,提出在传统活性污泥法(A/O/O+A/O/O)工艺中投加填料,构建活性污泥-MBBR耦合工艺。考察HRT、污水回流比和好氧池填料填充比三种工况对COD、NH4+-N、TN和TP去除的影响,确定最优工艺参数。测定活性污泥样品和填料表面生物膜菌群种类,从微生物角度分析活性污泥-MBBR耦合工艺优于普通活性污泥法工艺的原因。在此基础上,采用活性碳法对普通填料进行表面改性,研究改性填料对污染物去除性能的影响,通过表征改性填料的表面形貌、亲水性、表面官能团等物理化学性质,分析改性填料去除污染物的机理。实验结果表明,对于COD、NH4+-N、TN和TP浓度分别为1500mg/L、1400mg/L、1500mg/L和38mg/L的高浓度氨氮废水,普通活性污泥法(A/O/O+A/O/O)工艺的COD平均去除率为84%,NH4+-N、TN和TP的去除率分别为45±0.5%、40±0.3%和32.6±0.05%。活性污泥-MBBR耦合工艺最佳HRT为6h,最佳污水回流比为3:1,好氧池最佳填料填充比为35%。在最佳运行参数条件下,COD、NH4+-N、TN和TP的去除率分别为93.9%、64.1%、53%和52.7%。四种污染物的去除效果均优于普通活性污泥工艺,去除率分别提高了 9.9%、19.1%、13%和20.1%。填料表面生物膜和活性污泥样品中变形菌门均为优势菌门,活性污泥样品中具有抑制氨氮去除功能的红杆菌属为优势菌属,其相对丰度为40.63%。添加改性填料后的活性污泥-MBBR耦合工艺对NH4+-N、TN和TP的去除率分别为86%、77%和70%,比普通活性污泥工艺分别提高41%、37%和37.4%,比添加普通填料的活性污泥-MBBR耦合工艺分别提高21.9%、24%和17.3%。