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传统工艺在处理低碳源的污水时,经常会出现出水氮、磷含量超标的情况,其根本原因是碳源不足,反硝化细菌难以获得足够能量进行反硝化,而聚磷菌难以获得足够能量进行好氧吸磷,所以脱氮除磷效率低。为解决上述问题,研究采用UCT复合MBR工艺,在不改变DO和MLSS的基础上,通过改变硝化液回流比、水力停留时间、分段进水及在缺氧区投加填料等方式寻找最优处理工况。分析在不同工况下不同污染物的去除效果及滤膜的作用,同时分析填料生物相及投加填料后对污染物的去除影响及其机理。此外,在ASM1和ASM2D模型基础上分别建立并验证了厌氧区有机物降解模型,缺氧区反硝化除磷模型和好氧区硝化模型。得到了如下结论。(1)工艺对COD的去除效果良好,所有工况出水平均值均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。运行期间TN去除率平均为83.41%,说明工艺能够在较低的C源时取得较好的处理效果,并且装置缺氧段出现了短程硝化反硝化。投加填料能明显提高亚硝态氮的积累。工艺对TP去除效果良好,工况一、二和三达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级B,工况四和五可以达到一级A标准。装置在不同工况出现了不同程度的反硝化除磷效果,其中工况五的反硝化除磷率达到了39%,说明投加填料对反硝化除磷有较好的强化效果。最优工况为工况五,工况参数为水力停留时间8h,硝化液回流比150%,采用分段进水方式并在缺氧区投加填料。(2)平板膜组件对COD、TN、NH3-N、TP的去除贡献率分别为9.63%、7.01%、0.86%、0.82%,说明膜对不同污染物有不同的截留效果。圆形平板膜污染为三个阶段,第一阶段为滤饼层污染,第二阶段形成动态膜,抑制通量进一步减小,第三阶段膜孔堵塞,造成不可逆污染。在缺氧池投加填料后,装置的整体处理效果和稳定性得到提高。(3)在ASM1模型、ASM2D模型基础上,建立了针对厌氧区、缺氧区和好氧区的有机物降解、缺氧区反硝化除磷及好氧区硝化三个模型。①厌氧区出水COD浓度稳态方程的模型预测值最小误差率为0.79%,最大误差率4.15%;②缺氧区出水总磷浓度浓度稳态方程的模型预测值最小误差率为1.44%,最大误差率为11.33%;③好氧段出水氨氮浓度的稳态方程的模型预测值最小误差率为3.63%,最大误差率为15.23%。