序批式生物膜反應器（Sequencing Biofilm BatchReactor，SBBR）是目前國內外正在研究、應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上發(fā)展起來(lái)的污水處理工藝，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)〔2, 3〕，不僅基建費用低、操作簡(jiǎn)單，而且脫氮除磷效果好、污泥產(chǎn)量低〔4, 5〕。
序批式生物膜反應器的開(kāi)發(fā)是為了防止比生長(cháng)速率小的微生物在水力波動(dòng)過(guò)大的反應器中被“淘洗”出去而設計的。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(gè)反應器內實(shí)現厭氧、好氧、缺氧等工序，實(shí)現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(diǎn)，適合于中小城鎮點(diǎn)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 )采自山東煙臺一農戶(hù)家中，將其去皮去籽后的絲瓜瓤添加到反應器內，作為生物膜的掛膜載體。該填料已申請專(zhuān)利，專(zhuān)利號為200720017834.9。試驗所用填料的外觀(guān)如圖 1所示。
圖 1 絲瓜絡(luò )結構
絲瓜絡(luò )作為一種天然的生物載體，對微生物無(wú)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(zhù)。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)纖維結構，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(xué)北院的總排污口處，該污水主要為教職工宿舍、學(xué)生食堂、公寓、浴室等產(chǎn)生的生活污水�？偱盼劭谔幍募畠劝惭b有柵隙為1 mm 的機械格柵，用于對原水進(jìn)行預處理，去除水中較大顆粒的懸浮物、發(fā)絲、固體垃圾等雜物。預處理后的原水經(jīng)污水管道輸送至試驗室外的調節池，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(chǎng)。所取接種污泥呈黑褐色，30 min 內污泥沉降比SV約為30%，污泥性狀良好。通過(guò)顯微鏡觀(guān)察，活性污泥中微生物豐富，有一定量活性較強的鐘蟲(chóng)、蓋蟲(chóng)以及少量的輪蟲(chóng)。
1.3 試驗裝置
試驗采用自制的絲瓜絡(luò )填料SBBR，外形為長(cháng)方體，材料為有機玻璃，長(cháng)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節池中的生活污水直接抽到污水箱中，通過(guò)W-188 型進(jìn)水泵將污水抽入絲瓜絡(luò )填料SBBR 內，反應器由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(gè)試驗過(guò)程在室內進(jìn)行，水溫為18 ℃。反應器運行前，先將絲瓜絡(luò )放入蒸餾水中浸泡，每天換水1 次，持續5 d，以消除絲瓜絡(luò )本身對試驗的影響。2011 年4 月20 日開(kāi)始采用活性污泥快速啟動(dòng)方式進(jìn)行掛膜，即將絲瓜絡(luò )填料填入SBBR 反應器至一半容積，隨后注入10 L 活性污泥，接著(zhù)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上述過(guò)程，持續7 d后，掛膜成功。掛膜成功后，反應器開(kāi)始運行，采用序批式（A-O-A）運行模式，運行周期為8 h（瞬時(shí)進(jìn)水，厭氧2.5 h，曝氣4 h，缺氧1.5 h，瞬時(shí)排水）。將反應器出水靜置，取其上清液進(jìn)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，反應器進(jìn)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%。
在反應器運行初期，NH3-N 去除率較低，待反應器穩定運行后，NH3-N 去除率明顯升高。分析認為：硝化細菌是一種好氧自養菌，生長(cháng)速率較低，在絲瓜絡(luò )纖維表面富集速率較慢，所以反應器運行初期NH3-N 去除率較低〔8〕。隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，絲瓜絡(luò )填料粗糙的網(wǎng)狀結構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(cháng)繁殖提供了更大的棲息場(chǎng)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(wú)任何毒副作用，使絲瓜絡(luò )填料表面和內部附著(zhù)大量的微生物，進(jìn)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，反應器進(jìn)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，系統不穩定，TN去除率較低，待反應器穩定運行后，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(huì )造成異養菌營(yíng)養物質(zhì)的缺乏和反硝化效率的下降。絲瓜絡(luò )在生長(cháng)過(guò)程中從土壤和外界環(huán)境中吸收了大量的營(yíng)養物質(zhì)，在被用作填料后，其本身的營(yíng)養元素便離解出來(lái)為微生物的生長(cháng)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，反應器進(jìn)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，系統不穩定，TP去除率較低，待反應器穩定運行后，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(shí)現對磷的去除。從運行結果可以看出，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(shí)，絲瓜絡(luò )內部也可以為微生物提供厭氧環(huán)境，進(jìn)而使除磷更加徹底。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結論
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(jiàn)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 )較好的立體纖維結構產(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(cháng)并繁殖；散落的絲瓜絡(luò )纖維可以代替生物膜生長(cháng)中處于劣勢且生長(cháng)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(shuō)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部被大量活性污泥及生物膜充滿(mǎn)，因此即使在好氧條件下，絲瓜絡(luò )內部也具有厭氧的環(huán)境，這樣就使絲瓜絡(luò )內部和外部同時(shí)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(jìn)而實(shí)現同步脫氮除磷的效果。
（5）絲瓜絡(luò )在被微生物降解過(guò)程中，自身的營(yíng)養元素被釋放出來(lái)進(jìn)而被微生物利用，因此，對不同C/N 的污水有較高的適應性。
（6）絲瓜絡(luò )填料作為一種廉價(jià)、天然的生物載體，更易被微生物附著(zhù)，并且在掛膜速度方面有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。腐爛的絲瓜絡(luò )纖維會(huì )逐漸被微生物分解，不會(huì )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。
