针对南方城镇低浓度、低碳高氨氮特征生活污水特点,悬浮填料移动床工艺是理想选择。该工艺具备去碳、脱氮等功能以及占地少、投资低、运行成本低、产泥量低、效率高等特点,研究和开发以生物陶粒悬浮填料移动床(BCMBBR)为核心的新型工艺处理低浓度、低碳高氨氮生活污水很有意义。本文提出了加快BCMBBR挂膜启动速度的关键因素;确定了运行影响因素,优化了运行参数,考察了其耐冲击负荷能力,探明了系统运行的边界条件;考察了BCMBBR的脱氮性能,研究了其同时硝化反硝化的脱氮机理及影响因素,并提出了处理低浓度、低碳高氨氮污水的调控策略;考察了BCMBBR协同化学强化混凝方法除磷的能力;在此基础上,进一步完成了新型陶粒移动床生物膜反应器中试装置处理生活污水的应用研究。本试验首先重点研究设计了BCMBBR,包括陶粒的筛选,优化布水、布气系统的设计。其中陶粒粒径范围选择8~12 mm,填充率30%,反应器采用3格串联,单格完全混合流,3格为推流。曝气系统采用可拆卸式,选穿孔管和微孔曝气器做比较,溢流出水处设置织网,拦截溢出陶粒;水解酸化池采用上向流,底部进水,采用穿孔管布水,内置波纹板,分为两层,顶部溢流槽出水,波纹板中部设回流管,接收BCMBBR三格的混合回流液,进行厌氧状态的脱氮除磷;反应池设置两级,一级快搅,二级慢搅,采用机械混合,从而控制水力混合强度。混凝剂在第一级投加,助凝剂在第二级投加。沉淀池采用斜管沉淀。生物陶粒填料移动床在处理南方低浓度、低碳高氨氮生活污水时,采用快速排泥法以及逐步提高进水水力负荷可加快启动挂膜速度。其中污泥接种量按1 g/L计算,水力负荷由0.4 m3/(m2·h)逐步提高至0.7 m3/(m2·h)。挂膜成功时,镜检成熟生物膜厚度约0.15～0.25 mm,生物膜量约33.5 mg/g,微生物相呈现较丰富的生物链,包括大量累枝虫、轮虫、钟虫及少量螵体虫等。运用BCMBBR处理南方低浓度、低碳高氨氮生活污水时,在水温25~29℃下,陶粒填充率30%下,HRT6 h,气水比5:1,混合液回流比150%。COD、BOD5、NH4+-N和SS的去除率均在82%以上;TN和TP去除率平均约为48%和32%。水解酸化+BCMBBR+混凝沉淀组合工艺处理南方低浓度、低碳高氨氮生活污水(COD约110~140 mg/L、C/N=3~5),在温度25~29℃下,最优化的运行参数为:HRT为6 h,填充率30%,气水比5:1,混合液回流比150%。BCMBBR能够适应至少高30%的有机负荷冲击;当在HLR 0.9 m3/(m2·h)以下运行时,出水除TP外其它指标均达到(GB18918-2002)一级A标准。BCMBBR处理南方城镇低浓度、低碳高氨氮生活污水有较好的脱氮效果。TN去除率平均约为57%;而TP的去除率最高只有约32%,与塑料MBBR一样,单靠生物除磷很难实现出水的达标,采用BCMBBR+强化混凝组合工艺,其中最佳PAC+AM的复配加药量为15 mg/L+2 mg/L,TP去除率稳定达到90%,出水达到(GB18918-2002)一级A标准。陶粒表面的生物膜具有良好的同时硝化反硝化(Simultaneous nitrification and denitrification, SND)效果。DO、C/N对SND率的变化起主要作用。提高系统脱氮效率的调控策略为:气水比控制在低端(5:1)时的脱氮效果好;增加有机负荷(C/N增大),保证陶粒流态化前提下低曝气强度下运行,DO控制在约3 mg/L,BCMBBR的SND效率高,生物脱氮效果好。BCMBBR生物量大,生物活性高。正常运行中的生物量为33.5 mgVS·g陶粒-1,生物活性(OUR)和比生物活性(SOUR)分别为75.3μgO2·g陶粒-1·h-1和332.4×10-4μgO2·mgVS-1·h-1。中试装置中的三级串联式BCMBBR生物量、OUR、SOUR都随着启动进程递增,而沿程方向呈递减趋势;微生物丰富度随着启动进程递增,各级反应器中的微生物种类相同,数量却沿水流方向呈递减趋势, BCMBBR第一级中生物量、OUR和SOUR分别为第三级中的2.45、4.25和1.74倍;可根据BCMBBR中不同微生物相的出现来判断运行状况,从而可以调控反应器的运行。中式组合工艺水解+BCMBBR+混凝沉淀工艺单位水处理运营成本0.24元/m3。BCMBBR作为膜法水处理技术中的代表,更是处理南方低浓度、低碳高氨氮生活污水中的理想选择。