新型懸浮載體生物膜特性及硝化機(jī)制.pdf

1、隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的日益嚴(yán)重，去除水中氮素污染已經(jīng)成為當(dāng)今水污染防治領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。近年來(lái)人們對(duì)硝化反硝化理論與技術(shù)進(jìn)行了大量研究，其中懸浮載體生物膜由于具有強(qiáng)化處理效果，簡(jiǎn)化處理流程等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本文主要針對(duì)開發(fā)的一種新型懸浮載體生物膜反應(yīng)器中的硝化、亞硝化性能及生物膜特性進(jìn)行了研究。
　　研究開發(fā)了一種新型懸浮生物載體，其材料為加有無(wú)機(jī)活性離子的聚丙烯塑料，外形呈空心圓柱型，內(nèi)部有向心的圓柱條。規(guī)格為Ф53×53mm，密

2、度為0.99g/cm3，孔隙率為90％，總表面積為236m2/m3。載體表面經(jīng)過(guò)特殊處理，以便于微生物的掛膜。試驗(yàn)研究表明，該懸浮載體具有良好的生物附著性。
　　試驗(yàn)對(duì)懸浮載體生物膜上同步硝化反硝化及其影響因素進(jìn)行了研究。考察了 DO濃度在1～3mg/L之間時(shí)，DO的變化對(duì)氨氮降解效率、反硝化效率的影響；探討了 C/N比對(duì)反硝化反應(yīng)的影響，以及 C/N的適宜范圍；同時(shí)，研究了溫度對(duì)硝化反應(yīng)的作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng) DO濃度為2 m

3、g/L，C/N為8～10，溫度為20～30℃，反應(yīng)器具有較高的硝化效果，平均硝化率在90％以上，同時(shí)系統(tǒng)的反硝化率在40％左右。
　　試驗(yàn)研究了水流剪切力對(duì)懸浮載體生物膜的厚度和表面特征的影響。探討了水流速度由0.032 m/s提高到0.056 m/s和0.089 m/s時(shí)，生物膜的厚度及表面粗糙度隨著表面剪切力增大而減少情況；通過(guò)掃描電鏡對(duì)懸浮載體生物膜結(jié)構(gòu)形式、生物膜的厚度等進(jìn)行了觀察；從研究結(jié)果可看出，懸浮載體生物膜的厚度主

4、要在80～130 um之間，生物膜頂層的結(jié)構(gòu)顯得疏松和雜亂，而底層的生物膜結(jié)構(gòu)相對(duì)整齊和均勻；生物膜表面呈現(xiàn)出不平整的、類似山丘狀的起伏特征。試驗(yàn)結(jié)果還表明，隨著水流剪切力的增加，膜的表面形貌變得相對(duì)平滑。
　　試驗(yàn)研究了不同水流剪切力和基質(zhì)濃度對(duì)生物膜上胞外分泌物（EPS）的影響。探討了水流剪切力與胞外多糖分泌的相關(guān)關(guān)系；考察了 COD濃度對(duì) EPS分泌的影響；研究結(jié)果表明，當(dāng)水流速度由0.032 m/s提高到0.056 m/s

5、時(shí)，胞外多糖的分泌量在增加前出現(xiàn)了一個(gè)遲緩期；14d后生物膜上胞外多糖的分泌又逐漸回落到水流剪切力變化前的水平。當(dāng)水流速度由0.056 m/s增加到0.089 m/s時(shí)，22 d后生物膜上胞外多糖的分泌量回落到水流剪切力變化前的水平，這說(shuō)明水流剪切力的改變對(duì)胞外蛋白的影響較小，胞外蛋白基本上在4～5.5 mg/g MLSS之間波動(dòng)。研究結(jié)果還表明，提高COD濃度促進(jìn)了 EPS的分泌，基質(zhì)濃度的變化對(duì) EPS的影響并不像水流剪切力的影響一

6、樣，沒(méi)有出現(xiàn)滯留時(shí)間。
　　試驗(yàn)研究了苯酚濃度對(duì)懸浮載體上微生物硝化功能的抑制情況?？疾炝吮椒訚舛仍?～20 mg/L時(shí)，苯酚濃度對(duì)硝化的抑制作用，以及苯酚降解速度對(duì)硝化反應(yīng)的抑制影響；探討了溫度與硝化反應(yīng)、抑制時(shí)間之間的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著苯酚濃度的增加，硝化抑制作用增強(qiáng)。同時(shí)可看到，當(dāng)啟始濃度低于10 mg/L時(shí)，微生物對(duì)苯酚降解結(jié)束后，硝化活性可以完全恢復(fù)，苯酚的硝化抑制是可逆的、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。試驗(yàn)結(jié)果還表明，反應(yīng)溫

7、度在20～30℃時(shí)，隨著溫度的升高，苯酚的降解加快，抑制時(shí)間縮短，有利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。此外，當(dāng) pH值在7～8.2時(shí)，降低 pH值，苯酚的降解速度加快，苯酚對(duì)硝化反應(yīng)的抑制的時(shí)間變短。
　　試驗(yàn)研究了懸浮載體生物膜對(duì)中高濃度氨氮降解情況與亞硝酸的積累情況。研究表明，在進(jìn)水氨氮濃度為420 mg/L,溫度為25℃，HRT為24h， DO為2 mg/L，pH為8時(shí)，氨氮去除率達(dá)到75％以上，亞硝酸氮的積累達(dá)到70％以上，試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了較

8、高的氨氮去除率和穩(wěn)定的亞硝酸氮積累。亞硝酸的比生成速率為5.868 mg/(L·h)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硝酸鹽氮的比生成速率0.9931 mg/(L·h)。
　　試驗(yàn)對(duì)懸浮載體生物膜反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了考察，氨氮去除動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)不同初始濃度的合成廢水和生活污水的間歇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模擬結(jié)果表明，該模型能夠較好地用于評(píng)價(jià)和描述懸浮載體生物膜的生物降解過(guò)程。試驗(yàn)對(duì)懸浮載體生物膜同步硝化反硝化的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了初步探討，提出了懸浮載體生物膜上同步硝