移動床生物膜反應(yīng)器(Moving bed biofilm reactor，MBBR)是一種新型的生物膜法處理技術(shù)，具有污染物去除效率高、占地小、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，非常適合已有工藝的升級改造。

針對目前污水處理廠在冬季低溫和碳源不足條件下面臨的總氮去除困難問題，本研究以實(shí)際污水處理廠曝氣池填料和實(shí)驗(yàn)室好氧預(yù)掛膜填料為研究對象，探究最佳的缺氧掛膜條件及缺氧生物膜形成規(guī)律。利用缺氧掛膜填料強(qiáng)化低溫、低碳條件下活性污泥的反硝化脫氮能力。此外，本文還研究了不同儲存方式下懸浮填料的活性恢復(fù)，為缺氧MBBR在實(shí)際應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)快速啟動提供理論依據(jù)。

主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:

(1)利用快速排泥法掛膜20 d可實(shí)現(xiàn)懸浮填料的好氧預(yù)掛膜，在好氧預(yù)掛膜條件下，能在三周內(nèi)實(shí)現(xiàn)懸浮填料的缺氧掛膜。純填料培養(yǎng)模式下載體的附著生物量和胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)含量均高于復(fù)合培養(yǎng)模式，表明填料單獨(dú)培養(yǎng)更有利于缺氧生物膜的形成。缺氧生物膜EPS中主要以緊密結(jié)合型EPS(Tightly bound EPS，TB-EPS)為主，三維熒光光譜顯示其主要成分為類蛋白和類腐殖酸兩類熒光物質(zhì)。

(2)在活性污泥系統(tǒng)中投加缺氧掛膜填料能夠有效提升低溫、低碳條件下系統(tǒng)的反硝化脫氮能力。在溫度為7、15、20和25℃條件下，20%填料填充率的復(fù)合系統(tǒng)可使反硝化速率分別提升42.9%、31.1%、21.4%和10.5%；溫度對復(fù)合系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)的影響可定量表示為:Vmax(T)=0.36×1.05(T-15)；當(dāng)C/N為1、2、3和6時，復(fù)合系統(tǒng)的硝酸鹽去除率分別較活性污泥系統(tǒng)提高145.8%、81.5%、16.3%和6.1%。

(3)懸浮填料的投加能在一定時期內(nèi)提高活性污泥系統(tǒng)的反硝化脫氮能力，但填料的附著生物量、EPS含量及反硝化脫氮能力均隨著培養(yǎng)時間的延長而降低，填料運(yùn)行40 d后反硝化速率為初始反硝化速率的35%。對生物膜微生物種群進(jìn)行測序發(fā)現(xiàn)，缺氧生物膜中以Proteobacteria菌門和Bacteroidetes菌門為主，反硝化生物膜優(yōu)勢菌屬Dechloromonas菌相對豐度的降低可能是導(dǎo)致填料脫氮性能下降的重要原因。

(4)缺氧掛膜懸浮填料經(jīng)過長期儲存后，能夠在3周內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物膜特性及反硝化性能的迅速恢復(fù)，有效縮短了缺氧MBBR的啟動周期。此外，填料在4℃條件下儲存較常溫(20~25℃)和-25℃儲存條件具有更好的恢復(fù)性能和更低的能耗，適宜填料長期儲存。