好氧內循環三相生物流化床是一種高效的懸浮載體生物膜反應器，可用于城市污水和各種工業廢水的處理。本研究探討了好氧內循環生物流化床對低濃度人工配水的處理能力和生物膜生長特性。
1 試驗裝置、材料和方法
1.1 試驗裝置、材料
　　試驗裝置采用好氧內循環三相生物流化床反應器，它由有機玻璃制成。試驗流程見下圖，具體結構參數如表1所示。

表1 反應器幾何參數分析

Dr/Dd 高徑比H/Dd 反應區高度H
(mm) 分離區高度H1
(mm) 底隙區高度d*
(mm) 35/60 16.7：1
(即1000/60) 1000 200 20

*：底隙區高度d是指升流管下端距反應器底部的距離

　　試驗采用的載體為陶粒，陶粒外形為粒狀體，表面粗糙，粒徑為0.5～0.6mm(上下篩網)，堆積密度709kg/m3，濕視密度1400kg/m3。
　　試驗時入水采用模擬廢水。模擬廢水由自來水和營養母液按一定比例配制而成。營養母液濃度選用COD3000～5000mg/L，按COD∶N∶P=100∶5∶1的比例分別投加蔗糖、尿素和磷酸二氫鉀作為C、N和P源，并添加鐵、銅、鈣、鈉、鈷等微量元素若干。
　　反應器啟動時投加的活性污泥取自北京市環境保護科學研究院污水車間二沉池。該污泥屬于新鮮污泥，呈淡黃色，含雜質少，沉降性良好，其SS濃度為8.1g/L，VSS濃度為5.2g/L，VSS/SS為64.3%。
1.2 試驗方法
　　反應器啟動采用排泥掛膜法。啟動之初，將一定量的載體和活性污泥投加到反應器中，再用模擬廢水盛滿反應器。啟動之后，開啟空氣閥門直至反應器內污泥和載體全部流化。悶曝48h后排出全部浮泥，反應器進入連續運轉。運行過程中，將營養母液和清水以不同的流量同時輸入反應器，以實現反應器有機負荷和水力負荷的雙重控制。
　　反應器連續運轉時分析監測的項目及監測方式為：入水流量，在線監測；CODin、CODeff、SSeff，1次/2d；溫度(水溫、氣溫)、pH、DO，隨時監測；微生物相，采用顯微鏡隨時檢測，視反應需要進行掃描電鏡分析。分析方法按《水和廢水監測分析方法》(第4版)中的有關規定進行。
2 試驗結果與討論
2.1 裸載體投加量4.2％時的試驗結果與討論
　　反應器啟動時，裸載體投加量按載體體積為反應區體積的4.2%計，接種污泥按1gVSS/L投加(以反應區體積計)。入水COD控制在50mg/L以下，HRT為0.22h左右，反應器水溫為常溫(>20℃)，表觀氣速保持在3cm/s左右。
　　反應器啟動后入水COD濃度保持在50mg/L以下，入水容積負荷按2.23、3.34、5.34kgCOD/m3·d逐步提升，出水SCOD均小于10mg/L，SS小于10mg/L。反應器啟動1周內，對COD的去除率達到77.14%；之后提高負荷，反應器對COD的去除率先降低到65.71%，又在一周之內提高到88.57%；再度提高負荷，反應器對COD的去除率從83.62%提高到93.86%。可見，反應器對微污染水有很強的凈化能力，可以用于對微污染水源水的凈化。
　　目前，我國城市給水普遍采用“混凝－沉淀－過濾－消毒”這一常規工藝來處理微污染水，但近年來許多學者也嘗試將生物氧化預處理技術和常規工藝聯合起來用于處理微污染水，以彌補常規工藝的不足。何星海等曾嘗試用生物接觸A/O工藝對官廳水庫微污染水進行處理，在常溫條件下，入水COD17～118mg/L、HRT3～5h時對COD的去除率達10.3%～61.3%，相應的容積負荷為0.15～1.0kgCOD/m3·d。由此可見，好氧內循環生物流化床反應器在容積負荷、COD去除效率方面均優于生物接觸A/O工藝，這兩種生物氧化預處理技術處理微污染水的比較見表2。

表2 生物氧化預處理技術處理微污染水比較

工藝 入水 CODin
(mg/L) HRT
(h) 去除率
(%) 入水負荷Nvin
(kgCOD/m3·d) 好氧內循環生物流化床 模擬廢水 18～49 0.22 >80.0 2.23～5.34 生物接觸A/O工藝 微污染水 17～118 3～5 10.3～61.3 0.15～1.0

　　反應器啟動之初，以懸浮狀態存在的接種污泥首先吸附到裸載體表面并很快成長為絮狀生物膜(約1～2d)，隨著運行時間的延長，附著生物膜也逐漸生長，在顯微鏡下可觀察到載體表面漸漸被生物膜完全覆蓋。本次啟動在運行到第20d、容積負荷為5.34kgCOD/m3·d時出現了肉眼可見的覆蓋整個載體的生物膜，利用掃描電鏡分析載體生物膜顆粒的剖面圖，可判定生物膜膜厚約50μm。生物膜的厚度不總是均勻的，即使對于同一生物膜顆粒也是如此，但生物膜厚度仍可表征整個載體表面生物膜的生長狀況。
2.2 裸載體投加量2.8%時的試驗結果與討論
　　目前，用于流化床反應器的載體正朝著質輕、粒徑小的方向發展，這是由于除了考慮載體為附著微生物生長提供巨大的表面積外，載體的密度和投加量也決定著促成氣液固三相流化和混合的供氣量的大小，即直接關系著反應器運行能耗的大小。為此，在反應器第二次啟動時將載體投加量調低到2.8%，同時提高容積負荷以考察反應器在高負荷情況下對COD的去除能力。
　　重新啟動時，入水COD濃度從50mg/L逐步提升到150mg/L，相應的入水負荷按5.34、8.40、11.45、15.27kgCOD/m3·d逐步提升。試驗分為啟動期1～11d，負荷穩定期12～32d，負荷提高期33～63d。負荷穩定期COD的去除率為12.18%～94.62%，負荷提高期COD的去除率為46.10%～86.00%。
　　當反應器運行到第18d、負荷為8.40kgCOD/m3·d時出現了肉眼可見的生物膜：反應器內載體被一層淡黃色的生物膜完全覆蓋，整個反應區的顏色均由載體的暗黑色轉化為淡黃色，載體本身的顏色透過薄薄的生物膜依稀可見；與此同時，出水水質達到COD小于50mg/L、SS小于20mg/L。
　　本研究中反應器啟動時接種污泥投加的是活性污泥，在模擬廢水啟動過程中，反應器內微生物的種類與活性污泥系統基本是一致的。掛膜階段，微生物首先開始在裸載體表面局部附著，隨著微生物的生長，附著點增多且附著面積不斷增大，直至覆蓋整個裸載體表面。
反應器啟動初期，選取適宜的水力負荷對于在反應器中積累大量沉降性能良好的活性污泥至關重要，同時還可避免泥水分層和溝流的發生。因此，容積負荷的調整往往通過調整入水濃度來實現。與首次啟動相比，第二次啟動除了負荷大幅度提高外，整個試驗過程中的水溫比首次啟動略低，但載體掛膜速度較快，這說明容積負荷高有利于載體掛膜。
　　兩次啟動也表明，反應器在入水濃度差別很大的條件下均表現出對COD良好的降解效率，載體投加量4.2%或2.8%均可以滿足試驗條件下附著微生物生長對載體表面積的需要。
3 結論
　　(1)好氧內循環三相生物流化床可用于對微污染水及低濃度廢水的處理。
　　(2)反應器在處理低濃度的模擬廢水時投加裸載體投加量為3%～4%的陶粒即可滿足微生物附著生長的需要。
　　(3)高負荷可加速載體掛膜進程：反應器處理COD濃度小于50mg/L的微污染水時，在運行到第20d、負荷為5.34kgCOD/m3·d時載體掛膜成功；反應器在處理COD濃度50～150mg/L的模擬廢水時，在運行到第18d、負荷為8.40kgCOD/m3·d時掛膜成功。

Research on Low Concentration Wastewater Treated by Inner Cycle of Aerobe in Three-phase Bio-?uidized Bed
CAO Cong-rong1,2, SONG Ying-hao1, HUANG Qing-hua2, WANG Kai-jun1, JIA Li-min1, ZHANG Qiang2
(1.Beijing Academy of Environmental Sciences, Beijing 100037; 2.College of Civil Engineering and Environmental Engineer-ing, Beijing University of Science and Technology, Beijing 100083, China)

Abstract: The research probes into the feasibility on low concentration wastewater treated by inner cycle of aerobe in three-phase bio-?uidized bed and the growing characteristics of biological-membrane.
Keywords: inner cycle of aerobe in three-phase bio-?uidized bed; adnexed biological-membrane; SS; low concentration wastewater