活性炭纖維填料生物濾器硝化功能研究.pdf

1、本試驗(yàn)采用活性炭纖維(ActiveCarbonFiber,ACF)作為吸附劑，研究了其吸附氨氮(NH4+-N)和化學(xué)需氧量(CODMn)的吸附動力學(xué)和吸附等溫線，建立了動力學(xué)模型以及吸附等溫方程。證明ACF材料本身有良好的吸附水體污染物NH4+-N以及CODMn的能力，對于CODMn的吸附更加顯著。ACF對于初始濃度為10mg/L的NH4+-N和CODMn吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，其模型方程分別為t/X=0.3066t+0.2332和t

2、/X=0.2019t+0.0562，其中X為平衡吸附量，t為吸附作用時(shí)間。通過Freundlich等溫方程和Langmuir等溫方程將試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，F(xiàn)reundlich等溫方程較Langmuir等溫方程更能反應(yīng)ACF吸附水體中NH4+-N與CODMn真實(shí)值。ACF吸附NH4+-N和CODMn的Freundlich等溫方程可分別表示為X=0.4371C0.7468和X=0.953C0.8682，其中X為平衡吸附量，C為吸附平衡時(shí)的溶液濃度

3、。
　　 進(jìn)一步采用活性炭纖維(ACF)作為生物過濾器的填料，研究了其作為生物膜載體的掛膜情況及硝化性能，以期為活性炭纖維應(yīng)用于閉合循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物過濾器的濾料提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，ACF填料生物濾器構(gòu)建硝化功能需要15天，掃面電鏡(ScanningElectronMicroscopeSEM)顯示ACF有良好的生物相容性，易于掛膜，作為微生物載體是可行的。
　　 在單因素影響ACF填料床生物濾器硝化功能試驗(yàn)中，水力停

4、留時(shí)間（HydraulicRetentionTime,HRT）對于ACF填料柱在穩(wěn)態(tài)后的NH4+-N去除效果有著較大的影響，進(jìn)水NH4+-N為2mg/L左右時(shí)，最佳HRT時(shí)間為3.1h,NH4+-N去除率最高達(dá)到79.41％;HRT為3.1h時(shí)，進(jìn)水NH4+-N在達(dá)到一定的負(fù)荷后，ACF填料柱在穩(wěn)態(tài)后的NH4+-N去除率會明顯下降。最佳進(jìn)水NH4+-N負(fù)荷為0.09g/(kg·d),ACF填料對于NH4+-N去除負(fù)荷為0.07g/(kg

5、·d),NH4+-N去除率為80.21％；污水中CODMn/NH4+-N比對于ACF填料柱水處理效果亦有很大的影響，CODMn/NH4+-N比為2時(shí)，NH4+-N有很好的去除效率平均為80.96％;隨著CODMn/NH4+-N比的升高，NH4+-N去除率能力減弱；CODMn去除率上升，CODMn/NH4+-N比升至6時(shí)，CODMn去除率達(dá)到64.58％。
　　 確定單因素影響因子后，運(yùn)用響應(yīng)曲面法(Responsesurface

6、methodology,RSM)研究了進(jìn)水NH4+-N濃度、水力停留時(shí)間(HRT)、碳源加入量三個因素及其交互作用對于活性炭纖維填料生物濾器硝化性能中NH4+-N去除效率的影響；并且構(gòu)建了預(yù)測模型，預(yù)測活性炭纖維填料生物濾器對于NH4+-N的去除效率，為此類循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RacirculatingAquacultureSystems,RAS)工藝給出基礎(chǔ)優(yōu)化數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，利用響應(yīng)曲面法的中心復(fù)合設(shè)計(jì)建立進(jìn)水NH4+-N濃度、水力停留

7、時(shí)間、碳源加入量影響水體中NH4+-N去除效率的二次多項(xiàng)式回歸模型，預(yù)測模型描述為：
　　 Y=0..963-0.0549Xi+0.114X2-0.0344X3-0.00407X12-0.0178X22+0.000095X32-0.0115X1X2+0.00388X1X3+0.00277X2X3其中Y為NH4+-N去除率，X1為進(jìn)水NH4+-N濃度，X2為水力停留時(shí)間，X3為碳源（葡萄糖）加入量。通過方差分析驗(yàn)證預(yù)測模型的調(diào)整復(fù)

8、測定系數(shù)即R2（調(diào)整）為94.8％，擬合程度良好，可以對反應(yīng)器的NH4+-N去除效率進(jìn)行分析和預(yù)測。根據(jù)模型的因素項(xiàng)影響檢測證明進(jìn)水NH4+-N濃度、水力停留時(shí)間、碳源加入量、進(jìn)水NH4+-N濃度和水力停留時(shí)間的交互作用、碳源加入量和進(jìn)水NH4+-N濃度交互作用均對NH4+-N去除效率均有顯著影響，在反應(yīng)器操作運(yùn)行時(shí)必須綜合全面考慮。
　　 同時(shí)為了研究生物膜的微生物生長情況，運(yùn)用比耗氧速率法(SpeedOxygenUptake

9、Rate,SOUR)測定了不同工況條件下，ACF填料濾器生物膜硝化活性變化情況。結(jié)果表明，ACF填料濾器中的氨氧化菌、硝酸菌和異養(yǎng)菌三者SOUR與水質(zhì)中三態(tài)氮及CODMn指標(biāo)都有較好的相關(guān)性。進(jìn)水NH4+-N為2mg/L左右時(shí)，最佳HRT時(shí)間為3.1h,NH4+-N去除率最高達(dá)到79.41％，相應(yīng)的氨氧化菌SOUR達(dá)到最高值為1.24mgO2/(g·h);HRT為3.1h時(shí)，最佳進(jìn)水NH4+-N負(fù)荷為0.09g/(kg·d),ACF填料

10、對于NH4+-N去除負(fù)荷為0.07g/(kg·d)，NH4+-N去除率為80.21％，相應(yīng)的氨氧化菌SOUR達(dá)到最高值為1.42mgO2/(g·h);CODMn/NH4+-N比為2時(shí)，NH4+-N有很好的去除效率平均為80.96％，相應(yīng)的氨氧化菌SOUR達(dá)到最高值為1.40mgO2/(g·h)，隨著CODMn/NH4+-N比的升高，硝化細(xì)菌活性受到抑制，NH4+-N去除率能力減弱；而異養(yǎng)菌開始繁盛，CODMn去除率上升，CODMn/NH

11、4+-N比升至6時(shí)，CODMn去除率達(dá)到64.58％，相應(yīng)的異養(yǎng)菌SOUR達(dá)到最高值為2.02mgO2/(g·h)。
　　 試驗(yàn)結(jié)果最終表明ACF材料本身吸附水體中NH4+-N和CODMn的性能較強(qiáng)，運(yùn)用ACF填料作為新型過濾器填料處理養(yǎng)殖廢水可行，有一定的應(yīng)用前景，需要控制好進(jìn)水NH4+-N濃度、水力停留時(shí)間以及碳源加入量這些因素對于硝化功能的影響，運(yùn)用所作預(yù)測模型可以預(yù)測水體NH4+-N處理效率。通過SOUR法測定了ACF生