核桃壳-陶粒填料曝气生物滤池处理氨氮废水的研究

摘要

随着国家对废水的排放指标要求越来越严格，氨氮对水资源的影响开始进入人们的视线。曝气生物滤池(BAF)则是一种新型的脱氮生物膜反应器，在处理氨氮废水方面已经有明显的进展，但是大部分研究主要基于无机填料。
　　本次实验对比研究了核桃壳、陶粒、核桃壳-陶粒组合填料曝气生物滤池的氨氮去除性能，主要对曝气生物滤池的挂膜启动、反应器运行参数的优化、沿程生化特性、沿程滤料表观以及滤料表面附着生物膜和生物相的变化等方面进行了对比研究。并得到了以下结论:
　　1)核桃壳吸附氨氮的动力学和影响因素研究表明，氨氮的吸附量随着温度的升高，核桃壳的吸附量更好。285K、300K、310K条件下最大吸附量分别为0.45、0.58和0.6 g/kg。核桃壳对氨氮的吸附最佳pH为8.5，通过对吸附过程动力学参数的计算，二级动力学能够更好地描述此吸附过程，吸附特征可以用Langmuir方程描述，并且随着钠离子浓度的增长，核桃壳对氨氮的吸附能力持续下降，而Cr3+对于核桃壳的吸附并没有明显的影响
　　2)曝气生物滤池挂膜启动试验结果表明:三种填料BAF都能成功挂膜，核桃壳、陶粒、组合填料BAF挂膜周期分别为18d、14d、17d。核桃壳、陶粒、组合填料BAF启动期间CODCr去除率最终分别稳定在93.25％、80％、94.03％。核桃壳、陶粒、组合填料BAF对氨氮的去除率分别稳定在73％、54％、65％左右。硝态氮和亚硝态氮变化趋势表明三种填料反应器中存在硝化和反硝化作用。pH、DO的变化可以反应滤池中硝化作用进行的程度，并且说明充足的氧气以及偏碱性pH，是成功挂膜的必要条件。相比之下，以陶粒作为填料挂膜启动稍快，但是核桃壳、组合填料对于CODCr、氨氮的去除更具优势。
　　3)优化工艺参数结果显示核桃壳、组合填料、陶粒BAF最佳工艺参数:氨氮浓度均为70mg/L、气水比分别为6∶1、6∶1、9∶1，水力负荷均为0.06m3/(m2·h)。各自最佳运行参数下氨氮去除率分别为:81.62％、79.35％、71.43％。核桃壳、组合填料工艺对氨氮的去除效率更高，有更好的抗冲击负荷性能。
　　4)曝气生物滤池沿程化学参数测定研究结果表明，核桃壳、陶粒、组合填料BAF对CODCr的去除率分别为94.3％、94.2％、91.42％。最佳去除滤料层段自下而上分别为0-30cm、0-15cm、0-15cm。对氨氮的去除率分别为86.26％、73.43％、75％。最佳去除滤料层分别为30-45cm、15-30cm、15-30cm。沿程pH的变化验证了氨氮的去除规律。
　　5)曝气生物滤池沿程生物膜量测定结果显示，脂磷法和MLVSS法测定的生物膜量趋势一致。核桃壳填料BAF最大生物膜量在0-30cm段滤料层，陶粒填料BAF则在45cm滤层左右。最大生物膜量分别为0.0615 gVSS/g(脂磷法测定结果为16.11 nmolP/g)、0.00305gVSS/g、(脂磷法测定结果为7.81nmol P/g)。扫描电镜结果显示核桃壳填料BAF生物膜沿着滤料层高度生物膜量逐渐减少。核桃壳BAF沿程填料在0-45cm处填料表面出现明显的孔洞，表明在滤料表面生物膜中，存在纤维素降解菌或酸木质素降解菌，使其表面得到降解，说明核桃壳被微生物降解核桃壳不仅能充当载体，还能作为碳源被微生物利用，是一种合适的生物填料。而陶粒BAF滤料表面没有明显的变化。
　　6)曝气生物滤池运行期间出水微生物镜检出现了钟虫、轮虫，这些指示性微生物的出现，说明出水水质比较稳定。

目录

摘要

1 绪论

1．1 氨氮废水的危害性

1．2 氨氮去除机理及氨氮废水处理技术研究进展

1．2．1 脱氮机理研究概况

1．2．2 氨氮废水处理技术进展

1．3 曝气生物滤池研究进展

1．3．1 曝气生物滤池工作原理

1．3．2 曝气生物滤池工艺应用概况

1．3．3 不同填料曝气生物滤池及挂膜方式研究动态

1．3．4 曝气生物滤池沿程特性研究动态

1．4 选题目的及研究内容

1．4．1 选题目的

1．4．2 研宄内容

1．4．3 技术路线

2 试验部分

2．1 试验仪器及试剂

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验仪器

2．1．3 试验试剂

2．2 核桃壳吸附对氨氮的吸附性能试验

2．2．1 吸附动力学

2．2．2 pH、Na+、Cr3+对吸附的影响

2．3 曝气生物滤池挂膜启动及稳定运行试验

2．3．1 试验装置

2．3．2 活性污泥的培养

2．3．3 曝气生物滤池挂膜启动及稳定运行

2．4 三种BAF的对比试验

2．4．1 不同氨氮浓度的对比

2．4．2 不同气水比的对比

2．4．3 不同水力负荷的对比

2．5 三种填料曝气生物滤池沿程生物化学特性对比研究

2．5．1 沿程化学参数测定

2．5．2 沿程微生物指标的测定

2．5．3 沿程滤料生物膜及生物相形态变化研究

2．5．4 核桃壳、陶粒填料BAF沿程滤料的表观变化情况

3 结果与讨论

3．1 核桃壳对氨氮吸附性能的试验结果

3．1．1 吸附动力学

3．1．2 吸附等温线

3．1．3 pH、Na+、Cr3+对吸附的影响

3．2 曝气生物滤池挂膜启动及稳定运行试验

3．2．1 三种填料挂膜启动时表观微生物的变化

3．2．2 启动期间CODCr的去除效果对比

3．2．3 启动期间氨氮的去除效果对比

3．2．4 启动期间pH、DO的变化规律

3．2．5 启动期间硝态氮和亚硝态氮的变化

3．3 三种BAF的对比试验

3．3．1 不同氨氮浓度的对比

3．3．2 不同气水比的对比

3．3．3 不同水力负荷的对比

3．4 三种填料曝气生物滤池沿程生物化学特性对比研究

3．4．1 CODCr随沿程高度变化研究

3．4．2 氨氮随沿程高度变化研究

3．4．3 pH随沿程高度的变化研究

3．4．4 生物膜量随沿程高度的变化研究

3．5 沿程核桃壳、陶粒滤料生物膜及生物相形态变化研究

3．5．1 核桃壳滤料附着生物膜变化情况

3．5．2 生物相形态变化研究

3．5．3 核桃壳BAF填料表面形态变化研究

3．5．4 陶粒填料BAF填料表面形态变化研究

4 结论与建议

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 展望

致谢

参考文献

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