厭氧生物濾池（AF）是一種內(nèi)部填充有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器，其厭氧微生物部分附著生長在填料上形成厭氧生物膜，部分在填料空隙間處于懸浮狀態(tài)，具有簡易、、低能耗的特點，目前已在廢水處理中得到較為廣泛應(yīng)用，而在城市污水深度處理中應(yīng)用較少，其主要原因有兩方面：一方面因為AF 的啟動周期長； 另一方面單級AF 較長的HRT 導(dǎo)致其占地面積較大，經(jīng)濟(jì)性能不好〔1〕。根本原因在于厭氧微生物代謝速率慢，增殖速率也相對較慢且多數(shù)厭氧微生物為球菌和桿菌，不易附著生長而易于隨出水流出反應(yīng)器〔2〕。因此，筆者采用兩步法達(dá)到減少AF 啟動時間和短HRT 下AF 啟動運行的目的。

1 實驗方法及裝置
 
1.1 實驗設(shè)備
 
實驗裝置主要由原水箱、潛污泵、AF 反應(yīng)器及流量計等構(gòu)成。其中AF 反應(yīng)器為D50 mm、高2 500 mm 的有機(jī)玻璃柱，外包黑色塑料布，內(nèi)裝陶粒濾料，陶粒粒徑為3～5 mm，濾料高1 500 mm，有效容積為2.94 L，實驗裝置示意如圖 1 所示。

圖 1 實驗裝置示意

1.2 實驗用水
 
實驗用水為蘭州市某污水廠二沉池出水和生活污水，水質(zhì)對比如表 1 所示。

表 1 二沉池出水和生活污水水質(zhì)對比

1.3 實驗方法
 
AF 啟動實驗采用兩步法。*步為AF 好氧預(yù)掛膜—即濾料的微生物固定化，在此過程采用多次間歇式好氧污泥排干法，將活性污泥固化在AF 濾料上，接種污泥來自蘭州市某污水廠曝氣池。第1 天先用潛污泵將活性污泥打入AF 反應(yīng)器中，悶曝12 h后排干，再往反應(yīng)器中打入活性污泥悶曝12 h 后排干；第2 天按照第1 天的步驟重復(fù)一遍；第3~5 天在氣水比為2∶1 的情況下，進(jìn)生活污水，DO 范圍在5~6 mg/L；第6~7 天反應(yīng)器排水，晾干。第二步為AF 厭氧啟動。由于該污水廠處理工藝為生物循環(huán)曝氣活性污泥法〔3〕，故二沉池出水屬難降解污水。從第8 天起AF 反應(yīng)器停止曝氣，為使反應(yīng)器加快適應(yīng)二沉池出水，AF 反應(yīng)器采用了二沉池出水與生活污水按比例投加的復(fù)合式進(jìn)水方式，在二沉池出水占AF 反應(yīng)器總進(jìn)水的比例分別為0、20%、50%、80%的情況下依次各運行3 d，第20 天進(jìn)水為100%的二沉池出水。反應(yīng)器在整個啟動階段HRT 均為3~4 h。

2 結(jié)果與分析
 
2.1 AF 好氧預(yù)掛膜
 
反應(yīng)器在第1~2 天的悶爆中，增加生物的種類和數(shù)量，對污泥鏡檢發(fā)現(xiàn)里面有大量的絲狀菌、鐘蟲、草履蟲等微生物。第3~5 天在菌膠團(tuán)中發(fā)現(xiàn)大量絲狀菌，說明在低氣水比的情況下，有利于絲狀微生物較早地附著在陶粒濾料上并大量交織生長形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在第6~7 天反應(yīng)器排水晾干，使絲狀微生物進(jìn)一步地固定在陶粒濾料上，從而為下一步厭氧微生物在濾料上的吸附提供了有力的前提條件。

2.2 AF 厭氧啟動
 
第8 天開始進(jìn)行AF 厭氧啟動，啟動期間AF 反應(yīng)器進(jìn)水COD 及去除率如圖 2 所示。

圖 2 厭氧啟動期間AF 反應(yīng)器進(jìn)水COD 及去除率

由圖 2 可見，厭氧啟動期間隨著二沉池出水占AF 反應(yīng)器進(jìn)水中的比例逐步增加，一方面進(jìn)水COD 逐漸下降且難降解COD 量逐漸上升； 另一方面進(jìn)水濁度逐漸減小，從而導(dǎo)致AF 厭氧啟動期間出現(xiàn)3 個階段：8~22 d 為好氧微生物的內(nèi)碳源釋放階段；22~33 d 為厭氧微生物的繁殖適應(yīng)階段；34 d以后為厭氧微生物的穩(wěn)定階段。

2.2.1 好氧微生物的內(nèi)碳源釋放階段
 
內(nèi)碳源主要是指活性污泥微生物死亡，自溶后釋放出的碳源。在AF 啟動階段第8~11 天，反應(yīng)器進(jìn)水DO 為1 mg/L 以下時，反應(yīng)器中的好氧微生物能氧化少部分有機(jī)物并且在與濾料對有機(jī)物的過濾、截留和吸附的聯(lián)合作用下，使得COD 去除率在5%~13%；第13~14 天進(jìn)水DO 為0.5 mg/L 以下時，COD 去除率為0，一方面因為反應(yīng)器在缺氧階段下原水中有機(jī)物基本上不被氧化，另一方面隨著AF反應(yīng)器進(jìn)水中二沉池出水所占比例的增大，進(jìn)水濁度不高導(dǎo)致濾料的過濾效果不佳； 第16~20 天，進(jìn)水DO 為0.5 mg/L 以下時，在好氧預(yù)掛膜期所形成的好氧微生物長期處于缺氧的環(huán)境下導(dǎo)致其新陳代謝能力逐漸下降直至其死亡，微生物內(nèi)碳源開始釋放，導(dǎo)致出水COD 升高，所以COD 去除率出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象； 第21~22 天，微生物內(nèi)碳源釋放基本完畢，COD 去除率又趨于0。

2.2.2 厭氧微生物的繁殖適應(yīng)階段
 
第23~33 天，COD 去除率的波動較大，但逐步呈上升趨勢，說明厭氧微生物處于復(fù)雜的優(yōu)勝劣汰的演化適應(yīng)階段。一方面鏡檢時發(fā)現(xiàn)出水有球菌、桿菌、變形桿菌和顆粒污泥，說明厭氧微生物在水解有機(jī)物的過程中大量繁殖，有部分與絲狀菌結(jié)合不牢固的菌膠團(tuán)上升隨出水流出，導(dǎo)致出水COD 增高；另一方面在COD 測定時，進(jìn)水中不能被酸性重鉻酸鉀氧化的復(fù)雜有機(jī)物，經(jīng)過AF 水解后改變了難降解有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)從而能夠被酸性重鉻酸鉀氧化導(dǎo)致出水COD 增高。

2.2.3 微生物的穩(wěn)定階段
 
第34 天后，原水COD 的去除率逐漸上升，45 d之后，出水COD 穩(wěn)定在25~30 mg/L，平均27 mg/L ，COD 去除率穩(wěn)定在25%~30%，平均去除率為28%，pH 穩(wěn)定在7.5~8，此時厭氧生物膜掛膜成功，歷時約7 周，實現(xiàn)在常溫短HRT 下AF 反應(yīng)器的快速啟動。

2.3 HRT 對COD 去除的影響
 
有機(jī)物厭氧降解需要經(jīng)過水解—酸化—甲烷化的過程，而較短的HRT 對厭氧微生物對有機(jī)物的降解影響有限，因為AF 反應(yīng)器的濾料能夠?qū)RT 與SRT 和有機(jī)物降解時間分開，盡管HRT 較短，但SRT 卻可以很長，有利于微生物的生長繁殖，從而使被AF 反應(yīng)器截留的顆粒有機(jī)物能夠被厭氧生物逐步地被降解，其中一部分轉(zhuǎn)化為膠體或溶解的有機(jī)物。何成達(dá)等〔4〕采用厭氧降流式懸浮填料床預(yù)處理生活污水，實驗結(jié)果也表明在短HRT 條件下，顆粒有機(jī)物在厭氧過程中可以被水解和降解，原污水中膠體性COD、溶解性COD 在此厭氧過程中也有一定程度的降解。

其次，Young 和McCarty 曾對許多粒狀濾料的厭氧生物濾池研究后，提出了厭氧生物濾池對有機(jī)物去除效率關(guān)系：

式中：E———預(yù)計的溶解性 BODu 的去除率，%。

該關(guān)系式有著雙重含義：（1）厭氧濾池的BODu去除率決定于HRT； （2）厭氧濾池的zui短HRT 為1.8 h〔7〕。按公式算，AF 反應(yīng)器在3 h 的HRT 下，對BODu 預(yù)計去除率為40%，而實際中對COD 的去除率在28%，說明二沉池出水中非溶解性BODu 的含量占COD 一定比例，在厭氧條件下將其水解酸化為溶解性COD 才會被去除，因此可以適當(dāng)延長HRT，加強(qiáng)對BODu 的去除，但短HRT 更具有實際意義。

2.4 溫度對COD 去除的影響
 
溫度是影響厭氧生物處理工藝的重要因素，主要表現(xiàn)在3 個方面：（1）可以通過影響厭氧微生物細(xì)胞內(nèi)某些酶的活性而影響微生物的生長速率和微生物對基質(zhì)的代謝速率。（2）通過影響生化反應(yīng)中某些中間產(chǎn)物和反應(yīng)流向而影響沼氣的產(chǎn)量和成分。（3）影響污泥成分和狀態(tài)。許多研究結(jié)果表明：在20~48 ℃培養(yǎng)成熟的厭氧污泥，其有機(jī)物去除負(fù)荷在30 ℃之前隨著溫度的升高而緩慢提高；在30 ℃之后則提高較快，生化速率相比20 ℃時增快1~2 倍，約在38~40 ℃時達(dá)到zui高值，而當(dāng)溫度超過39 ℃后，如果溫度進(jìn)一步升高，其有機(jī)物去除負(fù)荷就會迅速降低〔5〕。由于筆者實驗在常溫（14~23 ℃）下進(jìn)行，所以COD 去除率僅為28%，所以適當(dāng)提升反應(yīng)器溫度，會明顯提高COD 去除效果。

3 結(jié)論
 
（1）AF 啟動實驗兩步法一方面通過固定化微生物技術(shù)改善了AF 反應(yīng)器中濾料的表面結(jié)構(gòu)，有利于厭氧微生物吸附在濾料上，另一方面利用絲狀微生物在濾料上面交聯(lián)生長形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使厭氧微生物不易隨水流流出，達(dá)到短HRT 下啟動運行的目的。

（2）AF 厭氧啟動過程可分為3 個階段，分別是好氧微生物的內(nèi)碳源釋放階段、厭氧微生物的繁殖適應(yīng)階段和微生物的穩(wěn)定階段。

（3）在常溫短HRT 下，以低濃度、難降解的城市污水廠二級出水為原水，AF 反應(yīng)器經(jīng)過兩步法啟動后到達(dá)穩(wěn)定，其中*步用時1 周，第二步用時6周，共用時7 周。AF 反應(yīng)器穩(wěn)定后，出水平均COD在27 mg/L，對原水的COD 去除率在28%以上，說明AF 工藝可以應(yīng)用在城市污水深度處理中，并且AF兩步法能縮短其啟動時間。