環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐證明，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須解決好發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾。隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市環(huán)境污染特別是水污染的問題日趨嚴(yán)重。城鎮(zhèn)生活污水的排放量逐年增加，2002年全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生活廢水排放總量為439.5億噸，比上年增加1.5%。其中工業(yè)廢水排放量207.2億噸，比上年增加2.3%；城鎮(zhèn)生活污水排放量232.3億噸，比上年增加0.9%，其中僅有10%得到處理。[1]生活污水中含有較高的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),未經(jīng)處理直接排入江河湖海,是導(dǎo)致水域富營養(yǎng)化污染的主要原因。2002年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,遼河、海河水系污染嚴(yán)重，劣V類水體占60%以上；淮河干流水質(zhì)以III-V類水體為主，支流及省界河段水質(zhì)仍然較差；黃河水系總體水質(zhì)較差，干流水質(zhì)以III-IV類水體為主，支流污染普通嚴(yán)重；松花江水系以III-IV類水體為主；珠江水系水質(zhì)總體良好，以II類水體為主；長江干流及主要一級支流水質(zhì)良好，以II類水體為主。由于“污染性”造成的水資源短缺，已成為嚴(yán)重制約我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的突出問題，丞待解決。目前我國水污染控制的重點(diǎn)已從以工業(yè)點(diǎn)源為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿鞘形鬯廴緸橹鞯目刂?。根?jù)預(yù)測[2]，到2010年我國城市污水排放總量為1050億m3，城市污水處理率要達(dá)到50%，預(yù)計需新建污水處理廠1000余座，而決定城市污水處理廠投資和運(yùn)行成本的主要因素是污水處理工藝和技術(shù)的選擇，因此開發(fā)適合我國國情的、高效、低耗、能滿足排放要求、基建和運(yùn)行費(fèi)用低的污水處理新技術(shù)和新工藝，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、生活污水處理工藝研究和應(yīng)用領(lǐng)域共同關(guān)注的問題
長期以來，城市生活污水的二級生物處理多采用活性污泥法，它是當(dāng)前世界各國應(yīng)用最廣的一種二級生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。但卻普遍存在著基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理較復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮等問題，且不能去除氮、磷等無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。對于我國這樣一個資源不足、人口眾多的發(fā)展中國家，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，并不適合中國國情。由于污水處理是一項側(cè)重于環(huán)境效益和社會效益的工程，因此在建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行過程中常受到資金的限制，使得治理技術(shù)與資金問題成為我國水污染治理的“瓶頸”。歸納起來，目前在城市生活污水處理研究和應(yīng)用領(lǐng)域，普遍存在的問題有：
（1）采用傳統(tǒng)的活性污泥法，往往基建費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)高，能耗大，管理較復(fù)雜，易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象；工藝設(shè)備不能滿足高效低耗的要求。
（2）隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，對污水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的排放要求較高，傳統(tǒng)的具有脫氮除磷功能的污水處理工藝多以活性污泥法為主，往往需要將多個厭氧和好氧反應(yīng)池串聯(lián)，形成多級反應(yīng)池，通過增加內(nèi)循環(huán)來達(dá)到脫氮除磷的目的，這勢必要增加基建投資的費(fèi)用及能耗，并且使運(yùn)行管理較為復(fù)雜。
（3）目前城市污水的處理多以集中處理為主，龐大的污水收集系統(tǒng)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過污水處理廠本身的投資，因此建設(shè)大型的污水處理廠，集中處理生活污水，從污水再生回用的角度來說不一定是唯一可取的方案。
因此，如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及實(shí)現(xiàn)磷回收和處理水回用等可持續(xù)的方向發(fā)展。已成為目前水處理技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域共同關(guān)注的問題，就要求污水處理不應(yīng)僅僅滿足單一的水質(zhì)改善，同時也需要一并考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題，且所采用的技術(shù)必須以低能耗和少資源損耗為前提。
三、生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用研究發(fā)展
在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中，活性污泥和生物膜法一直占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著新型填料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物膜法處理工藝在近年來得以快速發(fā)展。由于生物膜法具有處理效率高，耐沖擊負(fù)荷性能好，產(chǎn)泥量低，占地面積少，便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)，在處理中極具競爭力。
1．生物膜法凈化污水機(jī)理
污水中有機(jī)污染物質(zhì)種類繁多，成分復(fù)雜。但對于生活污水來說，其有機(jī)成分歸納起來主要包括：蛋白質(zhì)（40%-60%），碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外還含有一定量的尿素[3]。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。
生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和一這深度的內(nèi)部生長繁殖著大量的微生物及微型動物，形成由有機(jī)污染物→細(xì)菌→原生動物（后生動物）組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動物、后生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動膠菌屬以及球衣菌屬，原生動物多為鐘蟲、獨(dú)縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。后生動物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲。污水在流過載體表面時，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對有機(jī)物的降解。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
生物膜法通過將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時間和水力停留時間的分離，載體填料的存在，對水流起到強(qiáng)制紊動的作用，同時可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水的二級生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。
通過人工強(qiáng)化作用將生物膜引入到污水處理反應(yīng)器中，便形成了生物膜反應(yīng)器。近年來，物物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧也有厭氧，逐步形成了一套較完整的生物處理系統(tǒng)。
填料是生物膜技術(shù)的核心之一，它的性能對廢水處理工藝過程的效率、能耗、穩(wěn)定性以及可靠性均有直接關(guān)系。
2、厭氧生物膜法處理工藝在生活污水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展
（1）、復(fù)雜物料的厭氧降解階段
在廢水的厭氧處理過程中，廢水中的有機(jī)物經(jīng)大量微生物的共同作用，被最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。在此過程中，不同的微生物的代謝過程相互影響，相互制約，形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。對復(fù)雜物料的厭氧過程的敘述，有助于我們了解這一過程的基本內(nèi)容。所謂復(fù)雜物料，即指那些高分子的有機(jī)物，這些有機(jī)物在廢水中以懸浮物或膠體形式存在。
復(fù)雜物料的厭氧降解過程可以被分為四個階段。
水解階段：高分子有機(jī)物因相對分子質(zhì)量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。因此它們在第一階段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。
發(fā)酵（或酸化）階段：在這一階段，上述小分子的化合物在發(fā)酵細(xì)菌（即酸化菌）的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸（簡寫作VFA）、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此未酸化廢水厭氧處理時產(chǎn)生更多的剩余污泥。
產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
產(chǎn)甲烷階段：這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。
在以上階段里，還包含著以下這些過程：a、水解階段里有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類水解；b、發(fā)酵酸化階段包含氨基酸和糖類的厭氧氧化與較高級的脂肪酸與醇類的厭氧氧化；c、產(chǎn)乙酸階段里有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和氧化碳形成乙酸；d、甲烷化階段包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。除以上這些過程之外，當(dāng)廢水含有硫酸鹽時還會有硫酸鹽還原過程。復(fù)雜化合物的厭氧降解可以利用圖來表述（見圖1）
（2）厭氧生物膜法處理工藝的應(yīng)用研究進(jìn)展
a、厭氧濾器（AF）
厭氧濾器是60年代末由美國McCarty等在Coulter等研究基礎(chǔ)上發(fā)展并確立的第一個高速厭氧反應(yīng)器。傳統(tǒng)的好氧生物系統(tǒng)一般容積負(fù)荷在2KgCOD/（m3?d）以下。而在AF發(fā)明之前的厭氧反應(yīng)器一般容積負(fù)荷也在4-5kgCOD/（m3?d）以下。但AF在處理溶解性廢水時負(fù)荷可高達(dá)10-15kgCOD/（m3?d）。[4]因此AF的發(fā)展大大提高了厭氧反應(yīng)器的處理速率，使反應(yīng)器容積大大減少。
AF作為高速厭氧反應(yīng)器地位的確立，還在于它采用了生物固定化的技術(shù)，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間（SRT）極大地延長。McCarty發(fā)現(xiàn)在保持同樣處理效果時，SRT的提高可以大大縮短廢水的水力停留時間（HRT），從而減少反應(yīng)器容積，或在相同反應(yīng)器容積時增加處理的水量。這種采用生物固定化延長SRT，并把SRT和HRT分別對待的思想推動了新一代高速厭氧反應(yīng)器的發(fā)展。
SRT的延長實(shí)質(zhì)是維持了反應(yīng)器內(nèi)污泥的高濃度，在AF內(nèi)，厭氧污泥的濃度可以達(dá)到10-20gVSS/L。AF內(nèi)厭氧污泥的保留由兩種方式完成：其一是細(xì)菌在AF內(nèi)固定的填料表面（也包括反應(yīng)器內(nèi)壁）形成生物膜；其二是在填料之間細(xì)菌形成聚集體。高濃度厭氧污泥在反應(yīng)器內(nèi)的積累是AF具有高速反應(yīng)性能的生物學(xué)基礎(chǔ)，在一定的污泥比產(chǎn)甲烷活性下，厭氧反應(yīng)器的負(fù)荷與污泥濃度成正比。同時，AF內(nèi)形成的厭氧污泥較之厭氧接觸工藝的污泥密度大、沉淀性能好，因而其出水中的剩余污泥不存在分離困難的問題。由于AF內(nèi)可自行保留高濃度的污泥，也不需要污泥的回流。
在AF內(nèi)，由于填料是固定的，廢水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，逐漸被細(xì)菌水解酸化、轉(zhuǎn)化為乙酸和甲烷，廢水組成在不同反應(yīng)器高度逐漸變化。因此微生物種群的分布也呈現(xiàn)規(guī)律性。在底部（進(jìn)水處），發(fā)酵菌和產(chǎn)酸菌占有最大的比重，隨反應(yīng)器高度上升，產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌逐漸增多并占主導(dǎo)地位。細(xì)菌的種類與廢水的成分有關(guān)，在已酸化的廢水中，發(fā)酵與產(chǎn)酸菌不會有太大的濃度。
細(xì)菌在反應(yīng)器內(nèi)分布的另一特征是反應(yīng)器進(jìn)水處（例如上流式AF的內(nèi)部）細(xì)菌由于得到營養(yǎng)最多因而污泥濃度最高，污泥的濃度隨高度迅速減少。
污泥的這種分布特征賦予AF一些工藝上的特點(diǎn)。首先，AF內(nèi)廢水中有機(jī)物的去除主要在AF底部進(jìn)行（指上流式AF），據(jù)Young和Dahab報道[4]，AF反應(yīng)器在1m以上COD的去除率幾乎不再增加,而大部分COD是在0.3m以內(nèi)去除的。因此研究者認(rèn)為在一定的容積負(fù)荷下,淺的AF反應(yīng)器比深的反應(yīng)器能有更好的處理效率。其次,由于反應(yīng)器底部污泥濃度特別大，因此容易引起反應(yīng)器的堵塞。堵塞問題是影響AF應(yīng)用的最主要問題之一。據(jù)報道,上流式AF底部污泥濃度可高達(dá)60g/L。厭氧污泥在AF內(nèi)的有規(guī)律分布還使得反應(yīng)器對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng),可以生物降解的毒性物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度也呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化,加之厭氧生物膜形成各種菌群的良好共生體系,因此在AF內(nèi)易于培養(yǎng)出適應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥。例如在處理三氯甲烷和甲醛廢水中,發(fā)現(xiàn)AF反應(yīng)器內(nèi)的污泥產(chǎn)生了良好的適應(yīng)性,這些有毒物質(zhì)的去除效果和允許的進(jìn)液濃度逐漸上升。AF同時也具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力。一般認(rèn)為在相同的溫度條件下，AF的負(fù)荷可高出厭氧接觸工藝2~3倍，同時會有較高的COD去除率。
AF在應(yīng)用上的問題除了堵塞和由局部堵塞引起的溝流以外，另一個問題是它需要大量的填料，填料的使用使其成本上升。由于以上問題，國外生產(chǎn)規(guī)模的AF系統(tǒng)應(yīng)用也不是很多。據(jù)Le-ttinga在1993年估計，國外生產(chǎn)規(guī)模的AF系統(tǒng)大約僅有30~40個。[4]
作為升流式厭氧濾池的革新技術(shù)——厭氧膜床（S?pecialAnaerobicFilmBed,SAFB）,采用較大顆粒及孔隙率的填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小粒徑填料，有效地解決了反應(yīng)器的堵塞問題。厭氧膜床具有如下特點(diǎn)：
有效克服了厭氧濾池易堵塞和出水水質(zhì)差的缺點(diǎn)；
生物固體濃度高，因此可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷；
在厭氧膜床內(nèi)微生物通過附著在填料表面形成生物膜，以及懸浮于填料孔隙間形成細(xì)菌聚集體，因此在厭氧膜床內(nèi)可以保持較高的生物量。因此可縮短水力停留時間，耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；
啟動時間短，停止運(yùn)行后再啟動也較容易；
不需要回流污泥，運(yùn)行管理方便；
在水量和負(fù)荷有較大變化的情況下，耐沖擊性較好。
b、厭氧流化床反應(yīng)器（AFBR）
在流化床系統(tǒng)中依靠在惰性的填料微粒表面形成的生物膜來保留厭氧污泥，液體與污泥的混合、物質(zhì)的傳遞依靠使這些帶有生物膜的微粒形成流態(tài)化來實(shí)現(xiàn)。
流化床反應(yīng)器的主要特點(diǎn)可歸納如下：
流態(tài)化能最大程度使厭氧污泥與被處理的廢水接觸；
由于顆粒與流體相對運(yùn)動速度高，液膜擴(kuò)散阻力小，且由于形成的生物膜較薄，傳質(zhì)作用強(qiáng)，因此生物化學(xué)過程進(jìn)行較快，允許廢水在反應(yīng)器內(nèi)有較短的水力停留時間；
克服了厭氧濾器堵塞和溝流問題；
高的反應(yīng)器容積負(fù)荷可減少反應(yīng)器體積，同時由于其高度與直徑的比例大于其它厭氧反應(yīng)器，因此可以減少占地面積。
但是，厭氧流化床反應(yīng)器存在著幾個尚未解決的問題。其一，為了實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化并使污泥和填料不致從反應(yīng)器流失，必須使生物膜顆粒保持均勻的形狀、大小和密度，但這幾乎是難以做到的，因此穩(wěn)定的流態(tài)化也難以保證。[5]其次，一些較新的研究認(rèn)為流化床反應(yīng)器需要有單獨(dú)的預(yù)酸化反應(yīng)器。同時，為取得高的上流速度以保證流態(tài)化，流化床反應(yīng)器需要大量的回流水，這樣導(dǎo)致能耗加大，成本上升。由于以上原因，流化床反應(yīng)器至今沒有生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)施運(yùn)行。有人認(rèn)為它在今后應(yīng)用的前景也不大。[5]
c、厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器（AAFEB）
厭氧附著膜膨脹床（AnaerobicAttachedFilmExpandedBed）是Jewell等人在1974年研究和開發(fā)出來的一種污水處理工藝。與生物流化床相比，區(qū)別在于載體的膨脹程度。以填料層高度計，膨脹床的膨脹率約為10%~20%，此時顆粒間仍保持互相接觸，而流化床則為20%~70%。BruceJ.Alderman等[6]通過對比厭氧膨脹床、滴濾池和活性污泥法等工藝的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)對于小型污水處理廠而言，厭氧膨脹床后續(xù)滴濾池的設(shè)計是最為經(jīng)濟(jì)的選擇，能耗量少，污泥產(chǎn)率量低。但目前此工藝仍主要停留在小試和中試研究階段。
綜上所述，采用厭氧生物膜反應(yīng)器為主體的厭氧處理技術(shù)，作為生活污水處理的核心方法，在技術(shù)上已經(jīng)成熟，并且較之其它方法有獨(dú)到的一些優(yōu)勢。但是，厭氧方法在濃縮營養(yǎng)物（氮和磷）方面效果不大，同時它僅能除去部分病源微生物。此外，殘存的BOD、懸浮物或還原性物質(zhì)可能影響到出水的質(zhì)量。所以厭氧生物膜反應(yīng)器要成為完整的環(huán)境治理技術(shù)，合適的后處理手段必不可少。
3、好氧生物膜法處理技術(shù)——生物接觸氧化
生物接觸氧化法是由生物濾池和接觸曝氣氧化池演變而來的。早在20世紀(jì)30年代，已在美國出現(xiàn)生產(chǎn)型裝置。當(dāng)時的生物接觸氧化池，填料的材質(zhì)是砂石、竹木制品和金屬制品，主要用于處理低濃度、低有機(jī)負(fù)荷的污水，它克服了活性污泥法在處理此類污水時，因污泥流失而不能維持正常運(yùn)行的缺點(diǎn)，并取得了較好的效果。進(jìn)入70年代，隨著大孔徑、高比表面積的蜂窩直管填料和立體波紋塑料填料的出現(xiàn)，使生物接觸氧化法的應(yīng)用范圍得到拓寬，它不僅可用于處理生活污水，而且可用于處理高濃度有機(jī)廢水和有毒有害工業(yè)廢水，與其他生物處理方法相比，展現(xiàn)出了優(yōu)越性，我國在70年代開始對生物接觸氧化法進(jìn)行了研究，第一座生產(chǎn)性試驗裝置用于處理城市污水，在處理效果、動力消耗、經(jīng)濟(jì)效益和管理維護(hù)等方面都明顯優(yōu)于活性污泥法。與活性污泥法比較，生物接觸氧化具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：①生物接觸化法以填料作為載體，供生物群棲息生長，形成穩(wěn)定的生態(tài)體系，有較高的微生物濃度，一般可達(dá)10~20g/l；氧的利用率高，可達(dá)10%。具有較高的耐沖擊負(fù)荷能力和對環(huán)境變化的適應(yīng)能力，剩余污泥量少。②生物接觸氧化法可以充分利用絲狀菌的強(qiáng)氧化能力且不產(chǎn)生污泥膨脹。并且不需要象活性污泥法那樣采用污泥回流以調(diào)整污泥量和溶解氧濃度，易于管理和操作。隨著十余年的大量實(shí)踐，對氧化池結(jié)構(gòu)形式、填料的品種和安裝方式、供氣裝置的種類和布置形式等方面進(jìn)行了不斷創(chuàng)新、不斷優(yōu)化。目前，生物接觸氧化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用處理生活污水、生活雜用水和不同有機(jī)物濃度的工業(yè)廢水。
填料是微生物棲息的場所、生物膜的載體。填料的表面生長生物膜，生物膜的新陳代謝過程使污水得利凈化。填料的性能直接影響著生物接觸氧化技術(shù)的效果和經(jīng)濟(jì)上的合理性，因而填料的選擇是生物接觸氧化技術(shù)的關(guān)鍵。
填料的特性取決于填料的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式。填料的材質(zhì)應(yīng)具有分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗老化、耐腐蝕和生物穩(wěn)定性好等特性。填料的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)具有比表面積大、空隙率高、硬度高、有布水布?xì)夂颓懈顨馀莸墓δ堋Ｌ盍现g的空隙在外力作用下可發(fā)生變化，有利于剝落的生物膜及時排出填料區(qū)，以及填料的體積應(yīng)具有可壓縮性，并在復(fù)原后不發(fā)生變形，便于運(yùn)輸和安裝。
固定化載體的發(fā)展
（1）固定式填料
固定式填料以蜂窩狀及波紋狀填料為代表，多用玻璃鋼、各種薄形塑料片構(gòu)成。新近有陶土直接燒結(jié)生產(chǎn)的陶瓷蜂窩填料，孔形為六角形，孔徑在20~100mm之間。由于比表面積小，生物膜量小，表面光滑，生物膜易脫落，填料橫向不流通，造成布?xì)獠痪鶆?，易堵塞以至無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且造價較高，近年來，此類填料已逐漸淘汰。
（2）懸掛式填料
懸掛式填料包括軟性、半軟性及組合填料、軟性填料，理論比表面積大,空隙率>90%，掛膜快，空隙的可變性使之不易堵塞，而且造價低，組裝方便，出水穩(wěn)定，處理效果較好,COD和BOD5去除率達(dá)80%以上。但廢水濃度高或水中懸浮物較大時，填料絲會結(jié)團(tuán)，大大減少了實(shí)際利用的比表面積，且易發(fā)生斷絲、中心繩斷裂等情況，影響使用壽命，其壽命一般為1~2年。半軟性填料，具有較強(qiáng)的氣泡切割性能和再行布水布?xì)獾哪芰?、掛膜脫膜效果較好、不堵塞；COD和BOD去除率在70-80%。使用壽命較軟性填料長。但其理論比表面積較?。?7-93m2/m3）生物膜總量不足影響污水處理效果，且造價偏高。
組合式填料，是鑒于軟性、半軟性存在的上述缺點(diǎn)并吸取軟性填料比表面積大、易掛膜和半軟性填料不結(jié)團(tuán)，氣泡切割性能好而設(shè)計的新型填料，在填料中央設(shè)計半軟性部件支撐著外圍的軟性纖維束，其平面有如盾形，故又稱盾式填料。其比表面積1000~2500m2/m3，空隙率98%-99%，具有掛膜快，生物總量大，不結(jié)團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)。污水處理能力優(yōu)于軟性、半軟性填料，在正常水力負(fù)荷條件下COD去除率70%-85%，BOD5去除率達(dá)80%~90%，與之類似的還有燈籠式（或龍式）和YDT彈性立體填料。
（3）分散式填料
分散式填料包括堆積式、懸浮式填料，種類繁多。特點(diǎn)是無需固定和懸掛，只需將之放置于處理裝置之中，使用方便，更換簡單。北京曉清環(huán)保公司的多孔球形懸浮填料和北京桑德公司的SNP無剩余污泥懸浮填料等，具有充氧性能好，掛膜快，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。江西萍鄉(xiāng)佳能環(huán)保工程公司新近開發(fā)的堆積式填料—球形輕質(zhì)陶料，填料粒徑2~4mm，有巨大的比表面積，使反應(yīng)器中單位體積內(nèi)可保持較高的生物量，而且填料上的生物膜較薄，其活性相對較高，具有完全符合曝氣生物濾池填料的國際性能標(biāo)準(zhǔn)，在法國承建的我國大連馬欄河污水處理廠使用，這是我國新型填料開發(fā)的一項重大突破。
四、水解酸化—好氧活性污泥工藝在生活污水處理中的應(yīng)用
城市污水經(jīng)厭氧處理后，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，要達(dá)到二級出水標(biāo)準(zhǔn)，需要相當(dāng)長的停留時間，結(jié)果使厭氧處理雖然在運(yùn)行管理費(fèi)用上占有優(yōu)勢，但在基建投資上卻失去了競爭力。因此從微生物和化學(xué)角度講，厭氧處理僅僅提供了一種預(yù)處理，它一般需要后處理方能滿足新的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。印度和南美國家在積極推廣應(yīng)用厭氧生活污水處理技術(shù)的同時，普遍意識到由于厭氧處理后氮和磷基本上沒有去除，因此對厭氧出水進(jìn)一步處理很有必要。缺乏合適的后處理技術(shù)，是導(dǎo)致厭氧生物處理技術(shù)在生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用緩慢的主要原因之一。雖然已有的小試實(shí)驗結(jié)果表明，兩級厭氧系統(tǒng)組合可以獲得良好的處理效果。但目前，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的仍然是厭氧與好氧組合系統(tǒng)。在印度，氧化塘是最常用的后處理方法。經(jīng)厭氧、氧化塘兩級處理后的出水BOD5、CODcr和TSS去除率分別為87%、81%和90%。在巴西NovaVista市的7000人生活污水處理工程中，以及哥倫比亞Bucarmanga鎮(zhèn)的160000人生活污水處理工程中，后處理均采用的是兼性氧化塘。在墨西哥的厭氧生活污水處理工程中，后處理方法比較多樣化，二沉池＋氯消毒、淹沒濾池＋二沉池＋氯消毒、氧化溝等，最后直接排入城市污水管網(wǎng)或用于農(nóng)灌。在日本，城鎮(zhèn)生活污水一般采用厭氧消化＋好氧活性污泥法聯(lián)合處理、厭氧濾池＋好氧濾池以及厭氧濾池＋接觸氧化法組合處理。并且最新研制的具有脫氮除磷功能的高級型JOHKASO小型家用生活污水凈化器系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于分散處理生活污水方面。[7]厭氧和好氧生物處理技術(shù)的組合能夠有效的去除大部分有機(jī)和無機(jī)污染物。厭氧生物專家G·Lettinga教授斷言厭氧處理生物技術(shù)如果有合適的后處理方法相配合，可以成為分散型生活污水處理模式的核心手段，這一模式較之于傳統(tǒng)的集中處理方法更具有可持續(xù)性和生命力，尤其適合發(fā)展中國家的情況。[8]
厭氧-好氧組合處理工藝，充分發(fā)揮了厭氧技術(shù)節(jié)能、好氧技術(shù)高效的優(yōu)勢，成為目前污水處理工藝發(fā)展的主要趨勢。在國外，由上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）和好氧生物膜反應(yīng)器組成的厭氧—好氧組合處理工藝一直是研究的重點(diǎn)，[9，10，11]并針對組合工藝的硝化/反硝化性能和動力學(xué)機(jī)理展開了較為深入的研究。[12，13]近年來，RicardoFranciGoncalves等[14，15]進(jìn)行的小試和中試的研究結(jié)果表明，采用UASB和淹沒式曝氣生物濾池（BF）組合工藝處理生活污水，兩段HRT分別為6h和0.17h時系統(tǒng)對CODcr、BOD5和SS去除率均在90%以上，并且該組合系統(tǒng)相對單一的UASB污水處理系統(tǒng)而言，有更好的穩(wěn)定出水水質(zhì)的作用。當(dāng)BF段的污泥回流至UASB段時，厭氧反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物甲烷化的能力提高，使產(chǎn)氣量增加、剩余污泥量減少，可以減少甚至省去污泥濃縮池和消化池。
由于以UASB為主體的厭氧-好氧組合處理工藝,受溫度的影響較大,特別是在低溫條件下,系統(tǒng)的性能不能得到充分的發(fā)揮。IgorBodik等[16]通過中試試驗研究了厭氧折流板生物濾池反應(yīng)器和淹沒式曝氣生物濾池組合工藝低溫下處理生活污水時的脫氮性能。系統(tǒng)經(jīng)過一年的運(yùn)行，在厭氧段和好氧段的水力停留時間分別為15h和4h的條件下，即使環(huán)境溫度低于10℃（平均氣溫5.9℃），對CODcr、BOD5和SS的去除率仍達(dá)80%左右。低溫使硝化的活性受到一定的影響，溫度在4.5-23℃范圍內(nèi)，TKN的去除率在46.4-87.3%間變化,并且該系統(tǒng)也具有一定的反硝化功能，為低溫環(huán)境下生活污水的脫氮處理提供了參考。
