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(gè)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