利用生物填料增強(qiáng)污水處理效能得到越來越多的研究，投加填料不僅可以增加系統(tǒng)生物量、提高脫氮能力，而且可以提升系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷性能。目前常見的生物水處理填料可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類，玄武巖纖維(basaltfiber，BF)是一種無機(jī)的新型高技術(shù)纖維，是以火山巖為原材料，在1450~1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的，其密度為2.6~3.05g/cm3，主要化學(xué)成分為高含量SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、Na2O(其中w(SiO2)為44％~52％，w(Al2O3)為12％~18％，w(FeO)和w(Fe2O3)為9％~14％)，目前已廣泛應(yīng)用于航天、jungong、環(huán)保、建筑等諸多領(lǐng)域。與其他填料相比，BF填料除了具有比表面積大、耐久性強(qiáng)、抗水力沖擊負(fù)荷大、耐腐蝕等特點(diǎn)外，還具有良好的生物親和性和吸附性能，能很快地將懸浮污泥中的微生物吸附在填料表面。

BF填料通過吸附與富集作用將微生物固定在纖維表面，形成直徑10cm以上的球狀污泥絮凝體，稱為“生物巢”，包裹著高密度生物量。張倩等通過將BF填料引入序批式反應(yīng)器(SBR)中處理生活污水，出水COD、NH＋4－N、TN去除率分別達(dá)到83.2％、89.9％、86.8％；戚永潔等利用BF填料處理印染廢水，在HRT為15h時，COD、NH＋4－N和TP去除率分別達(dá)到67.26％、51.02％和72.11％。上述結(jié)論說明，BF填料具有良好的脫氮除碳的潛能。但是尚未發(fā)現(xiàn)BF填料應(yīng)用于A/O工藝的研究報(bào)道。本研究通過在A/O工藝缺氧池和好氧池加入BF填料，考察玄武巖纖維填料對A/O工藝的強(qiáng)化效果，為后續(xù)BF填料應(yīng)用于污廢水處理工藝提供支撐。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

強(qiáng)化A/O工藝實(shí)驗(yàn)裝置由透明有機(jī)亞克力玻璃制成，如圖1所示，在缺氧池(長×寬×高＝0.6m×0.4m×1.0m，有效容積200L)和好氧池(長×寬×高＝1.0m×0.6m×1.0m，有效容積550L)分別加入傘狀BF填料。每束傘狀BF填料重15g，長15cm，每4束BF填料通過鈦絲絞纏固定成一串懸掛于反應(yīng)器內(nèi)，其中缺氧池和好氧池分別懸掛4串和15串BF填料，每束BF填料垂直方向間距為14cm，水平方向間距為20cm，缺氧池和好氧池填充率約為10.0％和32.0％。實(shí)驗(yàn)另設(shè)不加BF填料的A/O工藝作為對照實(shí)驗(yàn)，A/O工藝裝置所用材料及體積與強(qiáng)化A/O工藝裝置相同。

1.2 實(shí)驗(yàn)用水及分析方法

從加入BF填料到形成穩(wěn)定生物巢的過程稱為生物巢培養(yǎng)階段。由于實(shí)際生活污水中有機(jī)物濃度較低且波動較大，為了快速培養(yǎng)生物巢以及研究生物巢強(qiáng)化A/O工藝去除污染物的效果，實(shí)驗(yàn)采用模擬生活污水。模擬生活污水的水質(zhì)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)對出水中COD、NH＋4－N、TN以及SS等參數(shù)進(jìn)行測定，方法如表2所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)污泥取自鎮(zhèn)江市某污水處理廠回流污泥，采用連續(xù)進(jìn)水的方式培養(yǎng)生物巢，按m(C)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶1配制ρ(COD)為500mg/L營養(yǎng)液，所用藥品有葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀等。生物巢培養(yǎng)時期運(yùn)行參數(shù)為：HRT為15h(缺氧池4h，好氧池11h)，缺氧池ρ(DO)為0.1~0.2mg/L，好氧池ρ(DO)為3.0~4.0mg/L，好氧池pH控制在7.3~7.7，溫度為22~26℃，硝化液回流比為300％，污泥回流比為90％。連續(xù)培養(yǎng)20d后，BF填料形成了穩(wěn)定形態(tài)的球狀生物巢，且COD去除率穩(wěn)定在90％以上，視為生物巢培養(yǎng)成功，開始進(jìn)行階段性實(shí)驗(yàn)。

第1階段實(shí)驗(yàn)：以表1中模擬生活污水為原水，考察強(qiáng)化A/O工藝和常規(guī)A/O工藝對生活污水的處理效果，該階段2組反應(yīng)器所用的模擬生活污水藥品和運(yùn)行參數(shù)同生物巢培養(yǎng)時期。

第2階段實(shí)驗(yàn)：為了探究強(qiáng)化A/O工藝抗沖擊負(fù)荷的性能，該階段提高進(jìn)水COD負(fù)荷，并與A/O工藝對比污染物去除效果及污泥減量效果。該階段2組反應(yīng)器采用相同的進(jìn)水條件，所用廢水水質(zhì)指標(biāo)ρ(COD)為1230~1872mg/L，ρ(NH＋4－N)為50~65.3mg/L，ρ(TN)為55.2~68.2mg/L，ρ(TP)為10.5~13.7mg/L。通過監(jiān)測該階段實(shí)驗(yàn)的進(jìn)、出水中各項(xiàng)污染物指標(biāo)與反應(yīng)器內(nèi)MLSS(混合液懸浮固體濃度)、污泥沉降比及生物相，及時對反應(yīng)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整。

污泥總量測定：在不影響生物巢結(jié)構(gòu)的前提下，將2組實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器活性污泥充分混合均勻后平均分到2組反應(yīng)器裝置內(nèi)。混合后兩系統(tǒng)內(nèi)懸浮液污泥總量相同，為2.7kg。

生物巢生物量測定：從反應(yīng)器內(nèi)取出1串BF填料(4束)浸入1mol/LNaOH溶液中，水浴加熱至80℃保持30min后進(jìn)行超聲(100W，30min)處理，然后用去離子水沖洗，再經(jīng)過濾、烘干、稱重得到1串BF填料的生物量。單個生物巢生物量＝每串BF填料生物量/每串BF填料的束數(shù)。

微生物在高負(fù)荷廢水條件下生長繁殖速率較快，從而導(dǎo)致了污泥的快速增長。污泥產(chǎn)率系數(shù)可直觀表示出污泥產(chǎn)量高低，其計(jì)算如式(1)所示：

式中：Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)，kg/kg(以COD計(jì))；MLSSstart為每1組實(shí)驗(yàn)開始時污泥的總量，kg；MLSSend為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時的污泥總量，kg；CODremoved為每1組實(shí)驗(yàn)階段COD的去除總量，kg。