本研究来源于国家十五攻关课题(2004BA604A01)。淹没式固定膜生物滤池具有良好的碳氧化能力。通过提供不曝气/曝气交替的环境条件,可以在生物滤池中富集聚磷菌实现生物除磷过程。相关报道显示,目前生物膜在生物除磷过程中的应用尚处于试验研究阶段。在生物膜反应器中,微生物富集的磷必须通过反冲洗途径从系统中移出,反冲洗的频率和程度决定了磷的去除效果与能耗。富磷生物膜的移除是生物膜除磷性能的关键性限制因素。本研究开发了由间歇曝气生物滤池(intermittent aerated biofilter, IABF),结合前置厌氧滤池和后置好氧滤池组成的生物除磷系统,用于处理生活污水。IABF反应阶段是组合生物膜系统除磷的主体,是本文的研究重点。IABF采用了本研究提出的ACF运行方式(aerobic continuous feeding regime, ACF),即在厌氧阶段结束时排出富磷反应液,在好氧阶段连续进水连续出水。采用这种有别于传统反冲洗的方法去除生物膜中富集的磷,使得IABF的运行不依赖于反冲洗操作,从而改善了生物滤池的除磷性能,延长了反应器的运行周期。试验研究的主要结论如下:①试验期间,进水浓度变化范围较大,系统水力负荷在1.68～8.39 m3m-2d-1之间变化,出水COD浓度为8～84 mg/L,平均值为35 mg/L;出水TP浓度为0.15～0.84mg/L,平均值为0.48 mg/L;原污水碳氮比在3.3～6.5之间,平均值为4.3,出水氨氮平均浓度为4.2 mg/L,出水总氮平均浓度为40.6 mg/L。将系统出水回流至前端厌氧池,回流比为1:1时,与无回流时相比,系统对氮的去除率从36.8 %提高到51.9%。研究表明,在试验范围内,本系统运行性能稳定,能够迅速适应运行负荷的变化,具备良好的抗冲击性能。利用前置厌氧滤池对生活污水进行预处理,厌氧降解污水中的大分子有机物以及被厌氧池滤层截留下来的颗粒物有机成分,可以改善污水水质,有效提高挥发性脂肪酸含量,厌氧池产酸速率随水力负荷的增加而增大。②本研究建立A、B两套并行的IABF系统,考察了运行负荷对除磷性能的影响。A-IABF在水力负荷1.68～8.39m3m-2d-1、有机负荷0.96～4.10gCOD L-1d-1条件下,出水COD平均浓度64 mg/L,平均去除率为73.6 %;出水TP平均浓度0.47 mg/L,平均去除率为84.7 %,阶段性低进水浓度条件下TP去除率出现下降。B-IABF在控制的污染物负荷率下运行稳定,出水COD平均浓度为69 mg/L,平均去除率为73.4 %;出水TP平均浓度为0.36 mg/L,平均去除率为86.1 %。③IABF在ACF运行方式下,厌氧阶段与好氧阶段相对独立。好氧阶段碳、磷的负荷率与其削减速率之间呈线性正相关。间歇曝气循环周期的变化对有机物的降解以及磷酸盐的削减与转化没有明显影响。好氧连续流阶段填充柱内有机物和磷酸盐的削减分别集中在0~0.06m和0.06~0.56m区域,由此可以推断在IABF中沿水流方向存在着微生物不同种群的分布。④与序批运行方式相比较,除了低浓度条件外IABF在ACF方式下释磷速率与进水中挥发性脂肪酸含量的关联度不大,而与好氧阶段吸磷速率呈正相关。ACF方式下生物膜好氧阶段的磷转化量随好氧磷酸盐负荷的增加而增大,生物膜厌氧阶段与好氧阶段的磷转化量之间存在着关联关系。这表明,ACF方式下好氧阶段的可获取磷源及其摄入在更大程度上影响着厌氧释磷过程。生物膜组成分析结果表明,IABF中可能存在一定比例的聚糖原菌。试验中观察到B-IABF生物膜中糖原含量及转化量较A-IABF的高,也许是由于存在较高比例聚糖原菌造成的。⑤根据长运行周期内IABF液相及生物膜相磷的分布情况,磷在生物膜内的积累程度与进水浓度、负荷率和连续运行天数等有关。较长的运行周期、较高的负荷率会在填充柱内不同区域出现不同程度的磷的累积。试验结果表明,IABF在ACF运行方式下采用长运行周期操作是可行的。与传统生物膜除磷系统相比,反冲洗频率大大下降,可以显著降低反冲洗能耗。⑥阶段性低浓度条件下A-IABF和B-IABF的运行性能存在差异。B-IABF在较低且稳定的负荷条件下运行性能稳定。而A-IABF中PHB和糖原储量显著降低,在高水力负荷条件下吸磷速率明显下降,生物膜中磷的净累积量较高,所以,低浓度、高负荷条件下的持续运行导致了A-IABF除磷性能的下降。⑦组合生物膜系统的磷平衡和水量平衡分析表明,在水力负荷为4.65 m3m-2d-1及间歇曝气循环周期6 h条件下,进入系统的磷有47.5 %进入厌氧富磷液的化学处理环节。采用七水硫酸亚铁为药剂,在厌氧富磷液的pH范围内,Fe/初始OP摩尔比为1.3～1.7:1时可以取得较好的处理效果。药剂费用也较低。