序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Biofilm BatchReactor，SBBR）是目前國內(nèi)外正在研究、應(yīng)用的一種污水生物處理新工藝〔1〕。
序批式生物膜法是在序批式活性污泥法和生物膜法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的污水處理工藝，兼具兩者的優(yōu)點〔2, 3〕，不僅基建費用低、操作簡單，而且脫氮除磷效果好、污泥產(chǎn)量低〔4, 5〕。
序批式生物膜反應(yīng)器的開發(fā)是為了防止比生長速率小的微生物在水力波動過大的反應(yīng)器中被“淘洗”出去而設(shè)計的。它以填料生物膜方式代替活性污泥工藝，按照序批式的運行方式運行，可以在單個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)厭氧、好氧、缺氧等工序，實現(xiàn)一體化同步脫氮除磷〔6〕。與序批式活性污泥工藝相比，SBBR 工藝具有處理效率高和管理維護方便等優(yōu)點，適合于中小城鎮(zhèn)點源污水的處理以及污水的深度處理。筆者采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水，研究了其對生活污水同步脫氮除磷的處理效果。
1 試驗材料和方法
1.1 試驗材料
試驗所用絲瓜絡(luò)采自山東煙臺一農(nóng)戶家中，將其去皮去籽后的絲瓜瓤添加到反應(yīng)器內(nèi)，作為生物膜的掛膜載體。該填料已申請專利，專利號為200720017834.9。試驗所用填料的外觀如圖 1所示。
圖 1 絲瓜絡(luò)結(jié)構(gòu)
絲瓜絡(luò)作為一種天然的生物載體，對微生物無任何毒害和副作用。其表面凹凸不平，存在大量的溝脊，比人工合成的塑料等填料更易被微生物附著。該填料富含纖維素和木質(zhì)素〔7〕，密度約為0.77~0.78g/cm3。由于絲瓜絡(luò)具有獨特的天然微網(wǎng)纖維結(jié)構(gòu)，且親水性較好，因此掛膜非常迅速。
1.2 試驗用水及污泥
試驗所用原水取自青島理工大學北院的總排污口處，該污水主要為教職工宿舍、學生食堂、公寓、浴室等產(chǎn)生的生活污水。總排污口處的集水井內(nèi)安裝有柵隙為1 mm 的機械格柵，用于對原水進行預(yù)處理，去除水中較大顆粒的懸浮物、發(fā)絲、固體垃圾等雜物。預(yù)處理后的原水經(jīng)污水管道輸送至試驗室外的調(diào)節(jié)池，其中NH3-N 為36.9~59.7 mg/L ，TN 為51.9~79.0 mg/L，TP 為3.33~5.24 mg/L。
試驗用接種污泥取自青島李村河污水處理廠。所取接種污泥呈黑褐色，30 min 內(nèi)污泥沉降比SV約為30%，污泥性狀良好。通過顯微鏡觀察，活性污泥中微生物豐富，有一定量活性較強的鐘蟲、蓋蟲以及少量的輪蟲。
1.3 試驗裝置
試驗采用自制的絲瓜絡(luò)填料SBBR，外形為長方體，材料為有機玻璃，長185 mm，寬185 mm，高585 mm，有效容積為19.8 L，填料填充度為50%。試驗裝置如圖 2 所示。
圖 2 試驗裝置示意
將取自試驗室外污水調(diào)節(jié)池中的生活污水直接抽到污水箱中，通過W-188 型進水泵將污水抽入絲瓜絡(luò)填料SBBR 內(nèi)，反應(yīng)器由ACO-208 電磁式空氣壓縮機供氧，空氣擴散裝置為砂芯曝氣頭。經(jīng)處理后的水由底部出水口流出。
1.4 試驗方法
整個試驗過程在室內(nèi)進行，水溫為18 ℃。反應(yīng)器運行前，先將絲瓜絡(luò)放入蒸餾水中浸泡，每天換水1 次，持續(xù)5 d，以消除絲瓜絡(luò)本身對試驗的影響。2011 年4 月20 日開始采用活性污泥快速啟動方式進行掛膜，即將絲瓜絡(luò)填料填入SBBR 反應(yīng)器至一半容積，隨后注入10 L 活性污泥，接著注入生活污水9.8 L，然后曝氣，每隔4 h 靜置沉淀0.5 h，排出上清液； 重新注入鮮污水并重復(fù)上述過程，持續(xù)7 d后，掛膜成功。掛膜成功后，反應(yīng)器開始運行，采用序批式（A-O-A）運行模式，運行周期為8 h（瞬時進水，厭氧2.5 h，曝氣4 h，缺氧1.5 h，瞬時排水）。將反應(yīng)器出水靜置，取其上清液進行水質(zhì)分析，考察絲瓜絡(luò)填料SBBR 對生活污水的處理效果。水質(zhì)分析方法采用國家標準方法。
2 試驗結(jié)果與分析
2.1 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對NH3-N 的去除效果
絲瓜絡(luò)填料SBBR 對NH3-N 的去除效果如圖 3所示。
圖 3 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對NH3-N 的去除效果
由圖 3 可知，反應(yīng)器進水NH3-N 為36.9~59.7mg/L，出水NH3-N 為2.1~8.4 mg/L，NH3-N 去除率為80%~95%，平均NH3-N 去除率為90%。
在反應(yīng)器運行初期，NH3-N 去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運行后，NH3-N 去除率明顯升高。分析認為：硝化細菌是一種好氧自養(yǎng)菌，生長速率較低，在絲瓜絡(luò)纖維表面富集速率較慢，所以反應(yīng)器運行初期NH3-N 去除率較低〔8〕。隨著運行時間的延長，絲瓜絡(luò)填料粗糙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所造就的巨大的比表面積發(fā)揮了重要作用，為微生物生長繁殖提供了更大的棲息場所，又由于絲瓜絡(luò)纖維表面存在親水性基團以及對微生物無任何毒副作用，使絲瓜絡(luò)填料表面和內(nèi)部附著大量的微生物，進而取得較好的處理效果。
2.2 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TN 的去除效果
絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TN 的去除效果如圖 4 所示。
圖 4 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TN 的去除效果
由圖 4 可知，反應(yīng)器進水TN 為51.9~79.0 mg/L，出水TN 為9.5~21.8 mg/L，TN 去除率為69%~85%，平均TN 去除率為78%。運行初期，系統(tǒng)不穩(wěn)定，TN去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運行后，TN 去除率明顯提高。
反硝化是以有機物作為電子供體，將硝態(tài)氮還原為氮氣，因此有機底物的含量對反硝化效率有很大影響，碳氮比不足，會造成異養(yǎng)菌營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和反硝化效率的下降。絲瓜絡(luò)在生長過程中從土壤和外界環(huán)境中吸收了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，在被用作填料后，其本身的營養(yǎng)元素便離解出來為微生物的生長提供了一定的碳源〔9〕。因此，絲瓜絡(luò)填料SBBR 對不同C/N 的污水均有較強的適應(yīng)性，不用另外投加碳源。
2.3 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TP 的去除效果
絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TP 的去除效果如圖 5 所示。
圖 5 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對TP 的去除效果
由圖 5 可知，反應(yīng)器進水TP 為3.33~5.24 mg/L，出水TP 為0.24~0.98 mg/L，TP 去除率為77%~94%，平均TP 去除率為88%。運行初期，系統(tǒng)不穩(wěn)定，TP去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運行后，TP 去除率明顯提高。
絲瓜絡(luò)填料SBBR 的除磷機理是厭氧釋磷，好氧吸磷，厭氧釋磷越充分，好氧吸磷也就越充分。AO-A 運行方式可以給聚磷菌提供先厭氧后好氧的環(huán)境，因而可以實現(xiàn)對磷的去除。從運行結(jié)果可以看出，采用絲瓜絡(luò)填料SBBR，可以大幅度地去除污水中的TP。另外，即使好氧運行時，絲瓜絡(luò)內(nèi)部也可以為微生物提供厭氧環(huán)境，進而使除磷更加徹底。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水的試驗研究表明：
（1）絲瓜絡(luò)掛膜非常迅速，僅用5 d 便掛膜成功，掛膜后的絲瓜絡(luò)見圖 6。絲瓜絡(luò)填料SBBR 中的生物膜能夠快速形成的原因是絲瓜絡(luò)較好的立體纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使微生物菌種能夠快速聚集；絲瓜絡(luò)巨大的比表面積和良好的親水性和生物親和性，使微生物能夠快速生長并繁殖；散落的絲瓜絡(luò)纖維可以代替生物膜生長中處于劣勢且生長緩慢的絲狀菌而形成菌膠團。
圖 6 掛膜后的絲瓜絡(luò)
（2） 采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水，NH3-N 去除率為80%~95%，平均NH3-N 去除率為90%；TN 去除率為69%~85%，平均TN 去除率為78%；TP 去除率為77%~94%，平均TP 去除率為88%。說明絲瓜絡(luò)填料SBBR 對生活污水中的氮、磷有較高的去除率。
（3）絲瓜絡(luò)填料SBBR 產(chǎn)泥量很少。
（4）絲瓜絡(luò)填料掛膜后由于其表面和內(nèi)部被大量活性污泥及生物膜充滿，因此即使在好氧條件下，絲瓜絡(luò)內(nèi)部也具有厭氧的環(huán)境，這樣就使絲瓜絡(luò)內(nèi)部和外部同時具備厭氧和好氧的條件，厭氧、好氧的分層分布使厭氧和好氧微生物也分層分布，進而實現(xiàn)同步脫氮除磷的效果。
（5）絲瓜絡(luò)在被微生物降解過程中，自身的營養(yǎng)元素被釋放出來進而被微生物利用，因此，對不同C/N 的污水有較高的適應(yīng)性。
（6）絲瓜絡(luò)填料作為一種廉價、天然的生物載體，更易被微生物附著，并且在掛膜速度方面有著獨特的優(yōu)勢。腐爛的絲瓜絡(luò)纖維會逐漸被微生物分解，不會對水體造成二次污染，比人工合成的塑料填料更環(huán)保。絲瓜絡(luò)填料是一種值得推廣的水處理材料。
