一体化固定膜活性污泥厂（IFA）需要依靠生物膜生长介质的使用，这样的应用占地面积小，因为大部分生物质以固着的形式，构成较大的表面积，而不是悬浮状。

Organica Water就这项工艺取得了一项最新进展：它将天然生长的植物与工程介质结合起来。简单地说，在IFAS反应器的顶部加上了一个植物园。其中，植物的根渗透进了反应器。       

从植物根系到生物介质的各种酶和有机酸的相互作用产生了多种生物，与传统活性污泥厂相比，可提高工艺稳定性、减少污泥产量和降低能源需求，污水处理厂看起来像一个植物园。

已有大型装置在欧洲运行了10多年

生物膜技术在污水处理中的应用始于20世纪70年代，主要有移动床生物膜反应器（MBBR）系统和一体化固定膜活性污泥法（IFAS）。总的来说，这一领域的大部分发展与增加表面积、冲刷和生物膜生长有关。

通常，MBBR或IFAS中使用的介质是非金属表面。这两种系统都具有以下优点：反应器尺寸减小、总可用生物量高、对暴雨期间生物质冲刷的耐受性高以及生物膜层内同时进行硝化反硝化。

Organica的食物链反应器（FCR）结合了天然植物的使用，如芦苇、沼泽芦苇，以及基于IFAS的工艺。通常这一过程在温室进行，从而形成一个美观的处理系统。在温暖的气候条件下，会采用遮阳结构。

图1：食物链反应器（FCR）-反应器过程的横截面

八年的修炼

FCR工艺的试点工作于2001年进行，使用的主要是植物，以便为生物质的生长提供足够的表面积。后来，按照顺序分批法，为2000和5000EP系统建造了工业化污水处理厂。

在接下来的八年中，该工艺得到了改进，满足了工业化污水处理厂的使用要求，并提高了能源效率和生物质的产量。

天然植物和工程介质的结合使用意味着FCR工艺对尺寸没有限制。

反应堆配置

接着，顺序批处理过程被设置为连续多级级联工艺。与MLE类似，最后一阶段的内循环缺氧区被纳入脱氮环路。

图2：多级食物链反应器（FCR）工艺

运营效益的考察

可以发现，多级级联FCR带来了多种运营收益。在试验规模上得出的结论，在运行了几年的大规模装置中得到了验证。

主要观察结果包括：

1）各阶段生物质和生态的发展相互独立；

2）由于天然植物和生物质的相互作用，生物质的物种多样性显著增加；

3）由于生物膜的增长，生物质总量非常高；

4）观察到非常高的污泥保持时间（SRT）；

5）由于捕食效应和较高的SRT，生物质的产量降低；

6）水相中的MLSS低，为300 mg/L；

7）由于自由MLSS较低，曝气系统内α因子增加；

8）相对来说，没有气味；

9）工艺设计中无需返回活性污泥（RAS）。

较低的自由MLSS意味着可以在较低的负载下设计出FCR后相分离步进。与使用二次澄清器系统相比，相分离器可以配置在水平圆盘过滤器内，占地面积只有传统澄清器的十分之一。

此外，较低的MLSS会导致较高的扩散器α系数，这意味着需要较少的空气来输送工艺所需的氧气。这导致了较低的能源需求。

生物质的多样性导致了各FCR阶段形成了适应性生态。与活性污泥厂通常存在的300到400种物种不同，FCR可以高达3000种。这种多样性创造了一个非常稳定的过程，能够承受冲击负荷，在最后一个阶段，真核生物的存在可以消耗腐烂细菌。

来自多个设施的运行数据证明了FCR系统的稳健性以及一致的出水质量。可根据任何常规活化或MBR工艺的要求，将可达到的排放量设计成与其相匹配。

FCR系统内观测到的总生物量通常为16000 mg/L，是传统系统的3~4倍。尽管MBR系统的MLSS同样较高，但由于简化了二次澄清阶段，FCR的能耗明显降低。

美观性

FCR可以安装在温室结构内，也可以配备遮阳结构。通常按照冬季的最低温度进行选择。

最终的结果是获得类似于花园或温室设施的污水处理厂，气味排放量低，外观非常漂亮。

在欧洲的一些设施中，污水处理厂周围的缓冲区已从350米减少到50米，为开发腾出了更多的土地，当地社区对此的态度也非常积极。

图3:Le Lude STP–法国，一体化过程视图

扩大规模，创造经济效益

生物膜技术的使用在碳足迹和生物存量方面有诸多优势。天然植物和IFAS的结合得到了可以扩大到商用规模的处理工艺，从而节省了大量的资金和运营成本。

天然植物实际上并不处理废水，而是提供营养物质、有机酸和酶，在植物根系和IFAS模块内创造出高度多样的生物系统。与其它IFAS系统或MBBR工艺相比，所形成的生物膜密度更高。

观察到的总生物质浓度是常规系统的三倍，可减少多达65%的碳足迹。特别是与同样能够节约空间的MBR系统相比，该工艺的还具有节约能耗和减少污泥处理量的另外两个优点。

大至80MLD的全尺寸装置展示了该技术在城市和工业废水领域的应用。

Organica的FCR所具有的漂亮的外观改变了当地社区对废水处理的态度，为社区以非常积极的方式与这一工艺互动提供了场所。

随着世界上许多城市的发展速度加快，实践证明，这项技术可以作为一个分散的设施，建造于密集的城市景观，以减轻现有下水道系统的负荷，并在这些环境中实现水的回收。