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本研究以城市污水为处理对象，以开发适合我国国情、简易高效的城市污水生物除磷技术为目标，对上向流A/O反应器的开发与设计进行了探讨，并对其生物除磷效果进行了试验研究。试验中首先以周期循环变化的厌氧－好氧交替工艺为手段，对所设计的采用四种不同进出水方式的反应器（瞬间间歇进水间歇出水反应器；厌氧段缓慢进水间歇出水反应器；连续进水间歇出水反应器；连续进水连续出水反应器）的除磷效果进行了对比研究。在对比试验中连续进出水方式反应器改进试验结果的基础上，设计了一种新型的生物除磷反应器—上向流A/O反应器。在其生物除磷的试验中，进行了两组试验工况的调试运行。试验结果表明：①在中负荷Ns=0.47～0.63 kgCOD/(kgMLSS·d)，进水流量Q=6.90～7.68L/h，回流比R=84～88%，污泥龄SRT=12d，厌氧柱和好氧柱径深比分别约为1：2.7和1：4的试验工况下，PO43--P平均去除率达到93.89％，出水TP<0.72mg/L，出水COD<40mg/L，出水水质良好；②在低负荷Ns=0.15～0.38 kgCOD/(kgMLSS·d)，进水流量Q=3.70～7.20L/h，回流比R=89～112%，污泥龄SRT=15～30d，厌氧柱和好氧柱径深比分别约为1：5.5和1：11的试验工况下，出水COD<30mg/L，PO43--P平均去除率达到93.51％，出水水质良好。以上结果证明：该反应器具有与SBR反应器基本相当的除磷效果，而且连续进出水的操作方式使其具有工程推广的巨大优势。本论文还根据上向流A/O反应器运行的试验结果，以阶式CSTR反应器理论和Eckenfelder有机物降解模式为理论基础，模拟出了该系统在低负荷试验条件下的COD和PO43-－P降解数学模式，并对本工艺的运行控制及优化提出了建议。