载体是生物膜法污水生物处理工艺的核心,直接影响着污水处理效果。目前大部分研究都集中于处理工艺创新和改善,或对单一载体特性进行分析,缺少比较研究,不能为填料合理选择提供依据。为了探索不同载体生物膜生长规律,为载体选择提供理论参考,本论文采用序批式生物膜工艺进行模拟废水、生活污水处理试验,研究不同挂膜空间尺度载体(多面空心球、K3悬浮填料、短管、陶粒)上生物膜特性,分析了生物膜物理特性、化学组成及活性、微型动物种群结构,并选取生物膜各种特性均较好的多面空心球进行生物膜脱落对附着生物膜特性影响研究,探索生物膜动态变化。主要研究结果如下:1、载体不同挂膜空间大小对附着生物膜物理特性影响1)载体挂膜空间尺度越大,附着生物膜量越多,生物膜厚度越大。4种载体附着生物膜量具有一定波动相似性;模拟废水阶段,生物膜量随着进水浓度下降而减少,多面空心球、K3悬浮填料生物膜厚度也随着模拟废水浓度下降而下降;生活污水阶段,生物膜量较低,生物膜厚度波动较为平稳。2)载体空间尺度较大,生物膜、混合液脱水性较好。处理模拟废水时,K3悬浮填料、多面空心球、短管生物膜脱水性依次由好变差;处理生活污水时,混合液脱水速率从大到小依次为:多面空心球>K3悬浮填料>短管>陶粒,4个系统脱水速率均随运行时间呈下降趋势。2、载体不同挂膜空间大小对生物膜化学组成胞外聚合物(EPS)影响1)处理模拟废水时生物膜EPS含量随载体空间尺度越大而越大,处理生活污水时相近。4种载体生物膜EPS中蛋白质含量接近或高于多糖,不同阶段内微生物种类及其所处生长状态不同,微生物降解有机物分泌的EPS组成成分不同。2)不同载体生物膜S-EPS、LB-EPS含量相近;EPS量差异主要由TB-EPS引起,多面空心球TB-EPS量最高。生物膜EPS中蛋白质与细胞结合紧密;多糖在各层含量不同:TB层>S层>LB层,且是S-EPS、LB-EPS的主要成分。3、载体不同挂膜空间大小对生物膜活性影响载体挂膜空间尺度较大,生物膜活性较大,微生物、有机物质较多,这是由于载体结构不同所引起的生物活性差异现象。进水水质不同导致生物膜活性在处理模拟废水时较高。4、载体不同挂膜空间大小对微型动物群落结构组成影响1)4种载体生物膜上共鉴别出微型动物133种,其中鞭毛虫31种,肉足虫15种,纤毛虫84种,微型后生动物3种。优势微型动物种属主要有波豆虫属(Bodo sp.)、钟虫属(Vorticella sp.)、累枝虫属(Epistylis sp.)、草履虫属(Parameciumsp.)、线虫(Nematode)等。微型动物总多度波动范围为28~14359个/g载体,载体孔隙较大,生物膜微型动物较丰富。载体空间结构对微型动物物种的影响在营养充足、有机物易降解时较小,在进水浓度较低、污染物较难分解时较明显。2)载体微型动物群落结构组成随运行时间动态变化;处理模拟废水时,K3悬浮填料、短管、陶粒上微型动物多度均呈现先波动变化后趋于稳定。进水条件改变对系统中微型动物群落结构产生一定影响。3)载体微型动物群落物种丰富度、均匀度、优势度、多样性、稳定性指数随运行时间动态变化,多面空心球微型动物群落物种多样性水平较高且较为平稳。较大挂膜空间尺度载体、人工模拟废水有利于生物膜微型动物群落稳定性。5、生物膜脱落特征及其对附着生物膜的影响1)负荷越高,生物膜脱落量越大。系统中pH值逐渐下降,抑制生物膜活性,导致生物膜脱落量增加。EPS中多糖含量越高,生物膜脱落量越小。因子分析表明,与生物膜脱落紧密相关因子为生物膜组成与活性因子、生物因子、负荷因子等。2)脱落生物膜与载体上附着生物膜相互竞争、相互影响,脱落生物膜对附着生物膜产生抑制作用,生物膜脱落量增加引起载体上生物膜活性下降,影响处理水质效果。随着生物膜脱落,微型动物物种数减少、多度下降,群落物种多样性水平降低;负荷较高载体系统中,生物膜微型动物多样性较高,物种稳定性(WS)较高而多样性稳定性(WH)较低。随着生物膜脱落量增加,CODCr去除率降低。