移动床生物膜反应器(Moving bed biofilm reactor，MBBR)是一种新型的生物膜法处理技术，具有污染物去除效率高、占地小、操作灵活等优点，非常适合已有工艺的升级改造。


针对目前污水处理厂在冬季低温和碳源不足条件下面临的总氮去除困难问题，本研究以实际污水处理厂曝气池填料和实验室好氧预挂膜填料为研究对象，探究最佳的缺氧挂膜条件及缺氧生物膜形成规律。利用缺氧挂膜填料强化低温、低碳条件下活性污泥的反硝化脱氮能力。此外，本文还研究了不同储存方式下悬浮填料的活性恢复，为缺氧MBBR在实际应用过程中实现快速启动提供理论依据。


主要研究内容和结果如下:


(1)利用快速排泥法挂膜20 d可实现悬浮填料的好氧预挂膜，在好氧预挂膜条件下，能在三周内实现悬浮填料的缺氧挂膜。纯填料培养模式下载体的附着生物量和胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)含量均高于复合培养模式，表明填料单独培养更有利于缺氧生物膜的形成。缺氧生物膜EPS中主要以紧密结合型EPS(Tightly bound EPS，TB-EPS)为主，三维荧光光谱显示其主要成分为类蛋白和类腐殖酸两类荧光物质。


(2)在活性污泥系统中投加缺氧挂膜填料能够有效提升低温、低碳条件下系统的反硝化脱氮能力。在温度为7、15、20和25℃条件下，20%填料填充率的复合系统可使反硝化速率分别提升42.9%、31.1%、21.4%和10.5%；温度对复合系统动力学参数的影响可定量表示为:Vmax(T)=0.36×1.05(T-15)；当C/N为1、2、3和6时，复合系统的硝酸盐去除率分别较活性污泥系统提高145.8%、81.5%、16.3%和6.1%。


(3)悬浮填料的投加能在一定时期内提高活性污泥系统的反硝化脱氮能力，但填料的附着生物量、EPS含量及反硝化脱氮能力均随着培养时间的延长而降低，填料运行40 d后反硝化速率为初始反硝化速率的35%。对生物膜微生物种群进行测序发现，缺氧生物膜中以Proteobacteria菌门和Bacteroidetes菌门为主，反硝化生物膜优势菌属Dechloromonas菌相对丰度的降低可能是导致填料脱氮性能下降的重要原因。


(4)缺氧挂膜悬浮填料经过长期储存后，能够在3周内实现生物膜特性及反硝化性能的迅速恢复，有效缩短了缺氧MBBR的启动周期。此外，填料在4℃条件下储存较常温(20~25℃)和-25℃储存条件具有更好的恢复性能和更低的能耗，适宜填料长期储存。