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。
１.２ 实验用水及分析方法
从加入ＢＦ填料到形成稳定生物巢的过程称为生物巢培养阶段。由于实际生活污水中有机物浓度较低且波动较大，为了快速培养生物巢以及研究生物巢强化Ａ/Ｏ工艺去除污染物的效果，实验采用模拟生活污水。模拟生活污水的水质如表１所示。
实验对出水中ＣＯＤ、ＮＨ＋４－Ｎ、ＴＮ以及ＳＳ等参数进行测定，方法如表２所示。
１.３ 实验方法
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。
微生物在高负荷废水条件下生长繁殖速率较快，从而导致了污泥的快速增长。污泥产率系数可直观表示出污泥产量高低，其计算如式(１)所示：
式中：Ｙ为污泥产率系数，ｋｇ/ｋｇ(以ＣＯＤ计)；ＭＬＳＳｓｔａｒｔ为每１组实验开始时污泥的总量，ｋｇ；ＭＬＳＳｅｎｄ为实验结束时的污泥总量，ｋｇ；ＣＯＤｒｅｍｏｖｅｄ为每１组实验阶段ＣＯＤ的去除总量，ｋｇ。