近年来,随着中小城镇规模和数量的扩大以及各种分散式污水源的增多,城镇污水排放量不断增加,但相应污水处理设施的建造与运行远远滞后于形势发展的要求。因此,未来一段时间内我国中小城镇以及分散式污水处理设施建设将呈现高速增长的态势,开发适合这些地方的污水处理的技术具有巨大的市场前景。本课题针对我国中小城镇以及各分散式污水源的社会经济状况、污水特点以及现有典型处理工艺存在的问题,开发了一种新型一体化脱氮除磷工艺,即上向流污泥过滤床(即USBF)工艺,并对其主要运行参数和性能进行了试验研究,使其出水有机物和氮磷含量达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A类标准。本研究以模拟生活污水为处理对象,考察了USBF工艺在不同运行参数下对有机物、氮及磷的去除效果,探讨了系统稳定运行时不同回流比和总水力停留时间等关键运行参数对有机物去除及脱氮除磷的影响,从而确定其最佳运行参数,为其实际工程应用推广提供科学的设计和可行的运行工况。在试验基础上,推导建立了最佳运行参数下USBF脱氮除磷动力学模型。确定了最佳运行参数之后,为了达到更好的处理效果,还对此运行状态下向好氧区投加填充比为7.1%的塑料球填料并使其挂膜稳定运行的处理效果进行了研究。结果表明COD和氮磷的去除效果都明显变差,甚至到后期出水根本无法达标排放,各去除率也显著降低。USBF工艺基于传统A/O工艺进行设计,集缺氧选择池、好氧反应池和上向流污泥过滤池于一体,具有结构紧凑、占地面积小、投资少、操作灵活简单以及易于模块化生产等特点。由于沉淀区采用独特设计而大幅度提高泥水分离效率,减小了沉淀区容积,提高了出水水质。USBF工艺处理生活污水的试验研究表明:在最佳运行参数下,本工艺具有很好的去除有机物和脱氮除磷能力,出水水质好,是一种易于实现工艺设备化、适用于中小城镇等分散式污水源以及现有小型水厂扩容或改造的污水处理技术。