释碳材料的制备及作为曝气生物滤池填料之脱氮概述

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1、释碳材料的制备及作为曝气生物滤池填料之脱氮概述第一章绪论1.1水体氮污染与城市水处理现状氮是自然界中的基本元素之一，是人类和一切生物必需的营养元素。在水体中，氮主要以有机氮和无机氮两种形态存在[1]。有机氮包括蛋白质、氨基酸、酰胺、尿素等；无机氮包括氨氮、亚确态氮和摘态氮。有机氮经微生物分解后可形成氨氮，氨氣经确化作用可形成亚硝态氮和确态氮，又经反确化作用转化为无害的氮气。而随着生活污水、农业化肥的施用和某些工业废水排入水体，带入了过量的氨氮，超过了水体的环境容量，造成水质恶化和生态环境结构的破坏。氨氮以及由其转化的亚硝态氮、硝态氮

2、带来的主要危害主要有以下几个方面：大量消耗水体的溶解氧。氨氮在水体摘化细菌作用下被氧化为摘态氮，此过程中1mg氨氮氧化为硝态氮需要消耗4.57mg溶解氧[2]。大量的氨氮排入水体消耗了其中的溶解氧，严重影响了水体的自净能力，导致水质恶化。对水生生物有毒害性。具有毒害作用的主要是非离子氨，当其进入生物体内后，会影响酶水解反应和膜稳定性，具体表现为抵抗力下降、呼吸困难、惊厥、昏迷等现象，严重时可导致死亡。危害人体健康。当过量的亚销态氮和确态氮进入人体后，容易使婴儿患上高铁血红蛋白症。这是由于经硝酸盐还原而得的亚摘酸盐和摄入的亚硝酸盐能够

3、与血红蛋白反应产生高铁血红蛋白，影响血液中氧的传输能力。此外，由硝酸盐和亚硝酸盐转化的亚硝胺，是一种致癌、致变、致畸的物质。1.2曝气生物滤池工艺1.2.1曙气生物滤池简介曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter，BAF)是一种新型高效的生物膜污水处理技术[12]，其思路起源于20世纪20年代，充分借鉴了生物接触氧化法和给水快滤池的设计思路，经过生物膜机理和动力学等方面的发展以及生物载体材料的完善，到80年代末己基本成型，后来经过不断改进发展出多种形式。1981年世界上首座曝气生物滤池在法国投产运行，其所使用的粒

4、径较之前更小，增大了比表面积和生物浓度，而且具有了截留悬浮物的功能，使得系统出水不再需要沉淀池进行固液分离，从而省去了二沉池。同时，其引入反冲洗，通过这种方式更新生物膜与去除截留的悬浮物。随后，曝气生物滤池相继在欧美和日本得到广泛应用[13]。目前全球已有许多污水处理厂采用这项技术，广泛地应用在生活污水处理[、脱氮除憐以及某些工业废水处理[19-21]等方面。BIOCARBONE滤池属于早期的曝气生物滤池，其结构如图1-1所示。其采用密度大于水的掩没型填料，顶部进水，底部出水，在滤池中下部进行曝气，底部设置反冲洗用气水装置。曝气管上

5、部进行生物降解，下部截留SS及脱落的生物膜。由于采用下向流的方式，BIOCARBONE容易在滤层上部形成堵塞，使得滤池纳污能力不强，而且需要频繁反冲洗，运行周期短。第二章释碳材料的制备及其性能研究2.1引言碳源不足是污水处理厂的反确化脱氮过程中普遍存在的问题，往往需要投加碳源来解决，但作为传统碳源的甲醇存在有毒性、高成本等缺陷，糖类物质反硝化效果不佳。新型碳源的研究以固体碳源为主，由于固体碳源既能为反硝化提供碳源又能作为微生物的载体，而且其碳源的溶解释放过程受到微生物的制约，固体碳源成为一个新的研究方向。天然纤维素类物质由于取材方便

6、、广泛、投资与运行成本低，作为固体碳源有一些研究，然而其在使用过程中同样存在一些待解决的问题，如碳源的释放过程不能得到有效控制、脱氮效果受外界温度影响大、所需水力停留时间长等。人工合成的材料作为固体碳源，其碳源释放的可控性较强，但往往制备过程复杂、成本较高。因此，开发一种制备方法简便的可持续释放碳源的释碳材料，具有重要意义。本章采用固定微生物技术中常见的2种方法，聚乙稀醇包埋法和海藻酸钠包埋法[77-79、选取大量存在而且具有较好可生物降解性的淀粉作为包裹的碳源，将其固定于聚乙稀醇和海藻酸钠骨架上，制成2种释碳材料。采用红外光谱和扫

7、描电镜表征分析两者的物化特性，并研究2种释碳材料的静态释碳性能，然后考察并比较两者作为碳源去除确酸盐的效果。2.2材料与方法采用常用的2种固定化方法，聚乙稀醇包埋法和海藻酸钠包埋法，固定碳源制备得到释碳材料，碳源选择可溶性淀粉。具体方法如下：配制含6%聚乙稀醇(PVA)、0.5%海藻酸钠(SA)的溶液，同时加入5%的淀粉作为包埋的碳源，将混合溶液加热到65°C，并搅拌混合均匀。待冷却至40V后，用注射器将上述溶液滴加到含4%CaCh的饱和硼酸溶液中，形成粒径为3?5mm的白色球形颗粒。颗粒在其中浸泡交联24h后，经纯水洗净后

8、备用。配制含4%海藻酸钠的溶液，同时加入5%的淀粉作为包埋的碳源，在40。C水浴中加热并搅拌混合均匀，待充分溶解混合后用注射器滴入到CaCh浓度为4%的溶液中，形成粒径为4~6mm的球形颗粒。将颗粒浸没于4°C、4%CaCl2