好氧生物处理工艺因占地面积大、基建费用高等因素，发展存在阻力，随着生物科学技术的发展和人们对厌氧消化原理的深入研究，厌氧处理技术得到了快速发展，尤其在高浓度废水处理中有较好的处理效果，人们也逐渐运用厌氧反应器来处理低浓度污水。但城市生活污水中有机物浓度较低，厌氧微生物细胞生长会受到限制，因此开发低浓度厌氧反应器将是研究热点。厌氧反应器主要是通过进水和产气的扰动来增大池中泥水的混合，当进水不能满足较高的水力负荷和有机负荷时，污泥床内的混合强度较低，易产生局部短流效应，影响反应器的污水处理效果。
增加悬浮填料、改进进水方式和水力负荷等措施可提高泥水混合强度，增强传质作用，从而提高污水处理效率。本文对以网状海绵填料及圆形悬浮填料为载体的脉冲厌氧流化床工艺进行研究，分析比较不同好氧预挂膜及完全厌氧挂膜下两种填料的挂膜速度及污水处理效果;同时研究脉冲厌氧流化床工艺的较佳运行工况，以期为提高厌氧反应器的处理效果提供一种思路，并为该工艺的推广应用提供理论依据。
1、试验材料与方法
1.1 试验装置及材料
如图1所示反应装置为4组平行的反应器，内装不同填料(填料填充比40%)，反应器尺寸为：直径×高=0.4m×0.5m，有效容积50L。原水经脉冲进水设备进入反应器，好氧预挂膜时空气经转子流量计计量后送入反应器底部的微孔曝气增氧管，进而以气泡形式分布于水中并发生氧转移，试验所用填料参数如表1所示。
本试验采用的网状海绵填料立方体结构，表面粗糙多孔，流化性比较好，具有高弹性、高吸附力;圆形悬浮填料直径为15mm，高6～8mm，易挂膜，不易脱落，亲水性好。
1.2 仪器设备
试验采用的仪器及设备为：PHS-3C+型酸度计，YSIDO200型DO仪，ACO-002型电磁式空气泵，LZB-4型气体流量计，LZB-4型液体流量计和GND-1(D)型时间控制器。
1.3 试验方法
填料进行挂膜试验时，四组反应器中两组反应器采用好氧预挂膜-厌氧挂膜的方式，另外两组反应器直接采用厌氧挂膜。好氧预挂膜-厌氧挂膜分闷曝阶段、间歇进水挂膜两个阶段，接种污泥取自天津纪庄子污水处理厂的回流池污泥，污泥MLSS=11000mg/L，SVI=102mL/g，沉降性能较好。投加接种污泥后，进行闷爆，待填料上附着少量生物膜后，开始连续进水。挂膜用水取自天津大学鹏翔学生公寓化粪池出水，其水质为：COD140～638mg/L，TN50～100mg/L，氨氮40～90mg/L，TP2.5～6.5mg/L，SS80～220mg/L，pH7.0～9.3，水温12.0～30.6℃
间歇进水时控制HRT为12h，冬季室温和水温比较低，对反应器进行水浴加热，温度保持在20℃左右，观察填料上的生物膜生长情况，并测定出水COD和氨氮。
挂膜成功后进行脉冲进水试验以确定脉冲厌氧流化床工艺的(以连续进水对比)较佳运行工况，反应器选取三个(脉冲进水悬浮填料、脉冲进水海绵填料、连续进水海绵填料)，为了较全面地研究HRT、脉冲频率(每天进水次数)、脉冲强度(每次进水时间)对该工艺的影响，结合相关规范和工程实际，HRT取18h、24h、30h、36h，脉冲频率取4次/d、8次/d、12次/d、16次/d、20次/d、24次/d，脉冲强度(单次进水时间)取5min/次、10min/次、15min/次、20min/次、25min/次和30min/次，共16种工况，每种工况稳定运行一周。较佳工况确定后，反应器以较佳脉冲进水工况运行，连续进水工况做为参照，比较两种工况的污水处理效果。
1.4 测定指标及方法
本试验中DO、温度和pH由DO仪和酸度计直接读取，其他指标和监测方法为：COD(快速消解分光光度法)，氨氮(纳氏试剂分光光度法)，TN(过硫酸钾氧化分光光度法)。
2、结果与讨论
2.1 挂膜试验
网状海绵填料及圆形悬浮填料两种填料的填充比均为40%，4个反应器COD和NH3-N的去除效果分别如图2、图3所示。
由图2可看出好氧悬浮、好氧海绵、厌氧悬浮、厌氧海绵四反应器COD平均去除率分别为50.3%、61.5%、39.0%和37.0%，好氧预挂膜反应器在COD去除上较厌氧挂膜反应器有明显优势，且好氧预挂膜时网状海绵填料COD去除率高于圆形悬浮填料，厌氧挂膜时两种填料COD去除率相近。
由图3可看出，4个反应器在挂膜过程的氨氮平均去除率分别为24.3%、53.7%、3.5%和6.6%，好氧预挂膜反应器在氨氮去除上较厌氧挂膜反应器同样有明显优势，而网状海绵填料的氨氮去除效果也优于圆形悬浮填料，表明好氧预挂膜的挂膜方式要优于厌氧预挂膜，分析原因是：好氧预挂膜时好氧菌繁殖速度快，其在代谢过程中会生成多糖类物质，可在较短的时间内在填料表面形成膜基，从而改善填料表面性能，有利于后续厌氧挂膜，并缩短挂膜时间。
同时，从表1可看出网状海绵填料比表面积大于圆形悬浮填料，其表面粗糙多孔，、吸附力高，更易挂膜，由此也进一步说明与圆形悬浮填料相比，网状海绵填料在挂膜和污水处理效果上均有优势。
2.2 脉冲进水试验
2.2.1 HRT影响
脉冲进水时，当HRT取18h、24h、30h、36h时(脉冲频率取24次/d，脉冲强度30min/次)时，脉冲进水反应器COD和TN的平均去除率与HRT的关系如图4所示。从图4可看出：随着水力停留时间的增加，反应器对COD的去除效果逐渐增强，去除率逐渐提高，其中HRT达到30h后，COD去除率达到稳定值，增幅渐缓;反应器对氮的去除率较低，HRT=24h和HRT=30h的去除率相近，HRT>30h后，TN去除率呈下降趋势。
分析原因是：随着HRT的延长，反应器中流速相应降低，填料上所附着的微生物与污水接触时间延长，有利于微生物更充分的降解污水中的有机物质和氮、磷化合物来进行自身繁殖;反应器对氮的去除率较低，是因为厌氧条件下总氮的去除仅用于微生物的自身新陈代谢和繁殖。
HRT超过30h，有机物去除率增幅趋缓，这是由于过大的停留时间会带来淤塞、配水不均匀等问题，反而影响污染物去除率的进一步提高。HRT为30h和36h时反应器的COD去除率相近，考虑实际应用时的经济因素，选取HRT=24～30h较佳。
2.2.2 脉冲强度影响
脉冲强度(单次进水时间)取5min/次、10min/次、15min/次、20min/次、25min/次和30min/次时(脉冲频率取24次/天，HRT为24h)脉冲进水反应器的COD、TN的平均去除率如图5所示。
从图5可看出，随着脉冲强度的增强，反应器对COD的去除率逐渐升高，当脉冲强度(单次进水时间)大于20min/次时，趋于稳定;TN去除率较低，平均去除率11.9%。
分析原因是脉冲强度的增强(单次进水时间的减小)，有利于反应器中微生物与污水充分接触，增强传质作用，促进老化生物膜的脱落，促进较高浓度的活性生物量的保持，从而提高有机物去除率，而当脉冲强度大于15min/次时，传质作用难以进一步增强，且过大的脉冲强度会导致生物膜脱落加剧，部分生物膜还未来得及更新，甚至导致反应器内生物量减小，因此COD去除率趋于稳定;TN的去除由于仅来源于微生物的自身生长繁殖，故其去除率较低，且从图5可以看出，脉冲强度对TN去除率的影响较小。考虑实际应用的经济性，选取脉冲强度=10～15min/次较佳。
2.2.3 脉冲频率影响
脉冲频率取4次/d、8次/d、12次/d、16次/d、20次/d、24次/d时(HRT=24h，脉冲强度15min/次)，脉冲反应器的COD、TN的平均去除率如图6所示。
从图6可以看出，随着脉冲频率的提高，脉冲反应器对CODCr的去除率逐渐升高，当脉冲频率大于16次/d时，趋于稳定;TN去除率较低，平均去除率17.4%。
分析原因是：随着进水次数的增加，反应器进水方式逐渐接近于连续流，对反应器形成的冲击负荷减弱，出水水质也会变好。一天内进水次数越少，进水越集中，反应器对进水的稀释作用越弱，微生物与污水中有机物接触机会越少，出水水质会变差;厌氧反应器对总氮的去除率提高较低，仅用于微生物细胞合成，进水方式的调整对脱氮效果影响较小。考虑实际应用，选取脉冲频率=16～20次/d较佳。
2.3 较佳工况运行
较佳工况下选定HRT均为24h，脉进水冲强度为10min/次，脉冲频率为16次/d，脉冲反应器和连续进水反应器的COD和SS如图7所示。
从图7可以看出，采用脉冲进水方式可以较好地实现厌氧微生物的新陈代谢，提高传质作用，促进生物膜更新，相对于连续均匀进水方式具有更高的有机物、悬浮物去除率。
3、结语
本文对利用以网状海绵填料和圆形悬浮填料作为载体的脉冲厌氧流化床工艺处理生活污水进行了研究，研究结果如下：
(1)采用好氧预挂膜/厌氧挂膜的方式可缩短挂膜时间，提高水处理效果，适宜用作脉冲厌氧流化床挂膜;两种填料中网状海绵填料较易挂膜，其比表面积高于圆形悬浮填料，在挂膜性能和污水处理方面均占有优势;
(2)脉冲厌氧流化床工艺的较优处理工况为HRT=24～30h，脉冲强度=10～15min/次，脉冲频率=16～20次/d;
(3)较优工况下，脉冲进水反应器的CODCr和SS去除效果优于连续进水反应器;脉冲厌氧流化床工艺为提高厌氧反应器的处理效果提供一种思路。
