论文部分内容阅读
以颗粒活性炭为填料,采用盐度梯度两步驯化法构建含盐水体生物滤器硝化功能,研究了生物滤器稳定后水力停留时间（Hydraulic Retention Time,HRT）、进水氨氮负荷和CODMn/TAN等对反应器硝化性能的影响。结果表明,2527℃,盐度30的含盐水体生物滤器硝化功能构建需73天,其中淡水生物滤器硝化功能构建需28天,淡水驯化为盐度15的生物滤器需19天,盐度15驯化为盐度30的生物滤器需26天;实验条件下生物活性炭填料反应器中生物量达到1010个E.coli /g-BAC;调节进水氨氮浓度2 mg.L-1左右时,最佳HRT为1.0h,氨氮去除率达到84.98%,相应的氨氧化菌和硝酸菌氧吸收速率（Oxygen Uptake Rate,OUR）分别为2.091和1.948 mgO2/(g-BAC·h);HRT为1.0h时,随着进水氨氮负荷的加大,氨氮去除率逐渐降低,当进水氨氮负荷由0.12增加到0.48 g-N/(kg-BAC·d)时,氨氮去除率由84.98%降低到41.68%,同时氨氧化菌OUR由2.091降低到0.625 mgO2/(g-BAC·h) ;随着CODMn/TAN的升高,氨氮去除率下降,CODMn/TAN从18时,氨氮去除率由84.98%降低到53.64%,CODMn去除率却逐渐增加,由40.86%增加到93.59%,异养菌OUR随着CODMn/TAN升高呈上升趋势,最大达到0.914 mgO2/(g-BAC·h)。虽然生物活性炭技术（Biological activated carbon, BAC）在含盐水体处理中的应用尚少,但是作为一种物理化学与生物处理相协同的水处理技术,随着其工艺和实际应用水平的不断提高,在含盐水体的处理中将具有广阔的应用前景,本研究为含盐水体生物滤器的设计及优化提供了理论依据。确定单因素影响因子后,运用响应曲面法（Response Surface Methodology, RSM）研究了水力停留时间、进水氨氮浓度和COD三个因素及其交互作用对生物活性炭填料床反应器氨氮去除效果的影响,并构建了预测模型,在进水水质波动的情况下可以有效的预测反应器氨氮去除效果,为养殖系统硝化功能单元的设计与操作运行提供了理论指导。试验结果表明:利用响应曲面法中心复合设计建立了HRT、进水氨氮浓度和COD影响氨氮去除率的二次多项式回归模型,预测模型表示为: Y = 1.13+ 0.119x1 - 0.139 x2 - 0.0380 x3 - 0.0378x12 + 0.00623 x22+ 0.000530 x32+ 0.00508 x1*x2 -0.00029x1*x3+0.00247x2*x3其中,Y为氨氮去除率;X1为HRT/h;X2为进水氨氮浓度/ mg·L-1;X3为COD/ mg·L-1。通过方差分析验证预测模型拟合程度良好,R2为98.9%,可以对反应器的硝化效果进行分析和预测。对预测模型各因素项的显著性检验结果为:常量,一次项x2、x3和二次项x22、x32和x2*x3对目标函数影响显著,一次项x1和二次项x12、x1*x2、x1*x3标准偏差远大于回归系数,导致P值>0.05,从而表明这些因素对目标函数影响不显著。根据模型作等值线图也可以看出水力停留时间和COD及其交互作用对反应器硝化效果均具显著影响,当进水氨氮负荷为0.63645mg·L-1,COD为2.54620 mg·L-1时,氨氮去除率都可以达到60%以上,因此在反应器操作运行时必须综合全面考虑这些影响因子。聚丁二酸丁二醇酯（poly（butylenes succinate）,PBS）作为一种可生物降解聚合物,既可以为反硝化提供碳源,又可以作为微生物生长的载体。结合前期试验,以生物活性炭和PBS混合作为填料,在自然状态下,研究不同比例反应器的硝化和反硝化效果。结果表明:不同体积配比的反应器出水DOC和亚硝氮浓度都较低,可以达到养殖用水的要求,不会对水产动物造成危害。在活性炭和PBS体积比为1:1时,反应器硝化和反硝化效果最好,氨氮去除率达到84.11%,硝氮和TN去除率分别为63.1%和63.34%。改变进水负荷时,1:1反应器的硝化和反硝化效果会呈现明显变化,在进水氨氮和硝氮浓度分别为2 mg.L-1和20 mg.L-1时,去除效果较好。本试验仅初步研究了BAC/PBS反应器的性能,具体的反应条件、反应器运行的稳定性、反应器的生物特性、以及脱氮除磷的动力学模型有待进一步研究。