为模拟农村污水的特点，进水分为早(08∶00—09∶00)、中(12∶00—13∶00)、晚(18∶00—19∶00)3个时段，每天进水10L。厌氧反应池HRT为12h。跌水曝气反应池HRT为12h。实验中人工湿地采用跌水的方式进行充氧，利用高差使水流从厌氧段跌入到第2段反应池，使其富氧，跌水高度6cm，跌水曝气反应池表面DO为0.8~1.2mg•L-1，厌氧反应池表面DO为0.5~0.7mg•L-1。人工湿地的类型为潜流人工湿地，湿地采用两级串联的方式，湿地中间增加隔板，底部联通，布水方式采用进水管多孔布水，从湿地上层填料中间流入，然后经过中间隔板底部，后从湿地右边溢流出水。湿地种植的植物为芦苇与香蒲。
装置从2017年3月开始运行调试，启动和稳定运行5个月，从装置稳定运行开始监测，频率为1周2次。装置整个工艺流程设置了4个采样点，分别为进水端、厌氧反应池出水端、跌水曝气反应池出水端和人工湿地出水端。
1.2 分析方法
COD采用分光光度法测定；TN和TP均由哈希多指标分析仪(哈希dr2800，美国)测定；NH+4-N采用纳氏试剂紫外分光光度法测定；SS按照标准重量法(GB11901-1989)测定；DO采用溶解氧仪(Oxi3210，WTW，德国)测定。
2、结果与讨论
2.1 组合工艺对COD的去除效果
组合工艺对COD的去除效果和沿程变化如图2所示。从图2可以看出，装置在稳定运行阶段，进水COD的平均值为151.9mg•L-1(83.5~249.0mg•L-1)；人工湿地出水COD平均值为37.9mg•L-1(12.6~70.7mg•L-1)，均达到了城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A，装置COD的平均去除率达到74.5%(60.2%~92.7%)。结果表明，组合工艺装置对有机物有较好的降解效果，虽然进水COD水质波动较大，但COD出水水质较为平稳。这是因为厌氧反应池、跌水曝气反应池和人工湿地工艺的组合起到缓冲、调节和降解的作用，面对进水水质的波动，能有效抗击冲击负荷，保障出水水质稳定。其中厌氧反应池、跌水曝气反应池和人工湿地去除率分别为24.0%、19.5%和31.0%，人工湿地的去除率要明显高于厌氧反应池和跌水曝气反应池。
利用生物填料增强污水处理效能得到越来越多的研究，投加填料不仅可以增加系统生物量、提高脱氮能力，而且可以提升系统的抗冲击负荷性能。目前常见的生物水处理填料可分为无机和有机两大类，玄武岩纤维(basaltfiber，BF)是一种无机的新型高技术纤维，是以火山岩为原材料，在1450~1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的，其密度为2.6~3.05g/cm3，主要化学成分为高含量SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、Na2O(其中w(SiO2)为44％~52％，w(Al2O3)为12％~18％，w(FeO)和w(Fe2O3)为9％~14％)，目前已广泛应用于航天、jungong、环保、建筑等诸多领域。与其他填料相比，BF填料除了具有比表面积大、耐久性强、抗水力冲击负荷大、耐腐蚀等特点外，还具有良好的生物亲和性和吸附性能，能很快地将悬浮污泥中的微生物吸附在填料表面。
BF填料通过吸附与富集作用将微生物固定在纤维表面，形成直径10cm以上的球状污泥絮凝体，称为“生物巢”，包裹着高密度生物量。张倩等通过将BF填料引入序批式反应器(SBR)中处理生活污水，出水COD、NH＋4－N、TN去除率分别达到83.2％、89.9％、86.8％；戚永洁等利用BF填料处理印染废水，在HRT为15h时，COD、NH＋4－N和TP去除率分别达到67.26％、51.02％和72.11％。上述结论说明，BF填料具有良好的脱氮除碳的潜能。但是尚未发现BF填料应用于A/O工艺的研究报道。本研究通过在A/O工艺缺氧池和好氧池加入BF填料，考察玄武岩纤维填料对A/O工艺的强化效果，为后续BF填料应用于污废水处理工艺提供支撑。
1、实验部分
1.1 实验装置
强化A/O工艺实验装置由透明有机亚克力玻璃制成，如图1所示，在缺氧池(长×宽×高＝0.6m×0.4m×1.0m，有效容积200L)和好氧池(长×宽×高＝1.0m×0.6m×1.0m，有效容积550L)分别加入伞状BF填料。每束伞状BF填料重15g，长15cm，每4束BF填料通过钛丝绞缠固定成一串悬挂于反应器内，其中缺氧池和好氧池分别悬挂4串和15串BF填料，每束BF填料垂直方向间距为14cm，水平方向间距为20cm，缺氧池和好氧池填充率约为10.0％和32.0％。实验另设不加BF填料的A/O工艺作为对照实验，A/O工艺装置所用材料及体积与强化A/O工艺装置相同。
实验污泥取自镇江市某污水处理厂回流污泥，采用连续进水的方式培养生物巢，按m(C)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶1配制ρ(COD)为500mg/L营养液，所用药品有葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾等。生物巢培养时期运行参数为：HRT为15h(缺氧池4h，好氧池11h)，缺氧池ρ(DO)为0.1~0.2mg/L，好氧池ρ(DO)为3.0~4.0mg/L，好氧池pH控制在7.3~7.7，温度为22~26℃，硝化液回流比为300％，污泥回流比为90％。连续培养20d后，BF填料形成了稳定形态的球状生物巢，且COD去除率稳定在90％以上，视为生物巢培养成功，开始进行阶段性实验。
第1阶段实验：以表1中模拟生活污水为原水，考察强化A/O工艺和常规A/O工艺对生活污水的处理效果，该阶段2组反应器所用的模拟生活污水药品和运行参数同生物巢培养时期。
第2阶段实验：为了探究强化A/O工艺抗冲击负荷的性能，该阶段提高进水COD负荷，并与A/O工艺对比污染物去除效果及污泥减量效果。该阶段2组反应器采用相同的进水条件，所用废水水质指标ρ(COD)为1230~1872mg/L，ρ(NH＋4－N)为50~65.3mg/L，ρ(TN)为55.2~68.2mg/L，ρ(TP)为10.5~13.7mg/L。通过监测该阶段实验的进、出水中各项污染物指标与反应器内MLSS(混合液悬浮固体浓度)、污泥沉降比及生物相，及时对反应器的运行状况进行调整。
污泥总量测定：在不影响生物巢结构的前提下，将2组实验反应器活性污泥充分混合均匀后平均分到2组反应器装置内。混合后两系统内悬浮液污泥总量相同，为2.7kg。
生物巢生物量测定：从反应器内取出1串BF填料(4束)浸入1mol/LNaOH溶液中，水浴加热至80℃保持30min后进行超声(100W，30min)处理，然后用去离子水冲洗，再经过滤、烘干、称重得到1串BF填料的生物量。单个生物巢生物量＝每串BF填料生物量/每串BF填料的束数。
