摘要：曝氣生物濾池是九十年代初興起的一種新型污水處理工藝，由于占地少、處理效果好和同時(shí)脫氮等優(yōu)點(diǎn)，目前這種工藝在污水處理領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。實(shí)驗(yàn)以改性沸石作為濾料的曝氣生物濾池的濾料，在其對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理的最佳工藝條件下，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解。
　　工藝研究表明，在曝氣生物濾池中，掛膜結(jié)束后，穩(wěn)定運(yùn)行得出該反應(yīng)器的最優(yōu)化工藝條件為：pH7.5-9.0，水力負(fù)荷為0.25m3•m-2•h-1，氣水比為30:1。
　　
　　關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，動(dòng)力學(xué)
　　
　　
　　中國(guó)是世界漁業(yè)大國(guó)，其水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量約占全球的70%[1]。而浙江又是漁業(yè)大省，得天獨(dú)厚的水鄉(xiāng)環(huán)境帶動(dòng)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展。但隨著集約化養(yǎng)殖的迅猛發(fā)展，水質(zhì)惡化與廢水排放直接制約了水產(chǎn)品質(zhì)量改善和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，加劇了水體富營(yíng)養(yǎng)化和水資源匱乏。
　　在水產(chǎn)養(yǎng)殖的過(guò)程中，養(yǎng)殖用水原有的體系中浮游植物、藻類(lèi)等初級(jí)生產(chǎn)者種類(lèi)單純、數(shù)量少，不能滿足飼養(yǎng)密度高的養(yǎng)殖對(duì)象的生長(zhǎng)需要，因此要添加大量人工配置的餌料來(lái)滿足養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)所需。人工添加的餌料量營(yíng)養(yǎng)豐富，可以大大提高養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)速率。然而養(yǎng)殖條件下投放的餌料，不能全部被養(yǎng)殖對(duì)象有效地利用，剩余的部分以污染物的形式排放到環(huán)境中。殘余的餌料同養(yǎng)殖對(duì)象的排泄物一起進(jìn)入水體，構(gòu)成養(yǎng)殖廢水最主要的污染物來(lái)源。
　　曝氣生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，也可看作是生物接觸氧化法的一種特殊形式，即在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長(zhǎng)的載體。它與傳統(tǒng)的生物濾池不同，采用人工曝氣供氧，與生物接觸氧化工藝具有更多的共同點(diǎn)，不過(guò)比傳統(tǒng)的生物接觸氧化池填料的尺寸更小。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、哈工大等科研單位對(duì)曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內(nèi)的不斷推廣和普及，很多學(xué)者在其結(jié)構(gòu)、水力特性、濾料、生物膜的研究等方面也取得了很多的成果[2]。
　　1材料與方法
　　1.1曝氣生物濾池裝置
　　整個(gè)系統(tǒng)由生物濾池主體、風(fēng)機(jī)和進(jìn)水系統(tǒng)、反沖系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及管道組成，實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程圖詳見(jiàn)圖1。
　　
　　圖1ZBAF裝置工藝流程圖
　　曝氣生物濾池主體材料為有機(jī)玻璃圓管，考慮到后期的反硝化功能，故設(shè)計(jì)時(shí)濾池主體分為兩段，上段濾料高度850mm，下段填料高度300mm，總濾料高1150mm，總有效體積(濾料體積)為2.22dm3。在裝有濾料部分，每300mm設(shè)一取水樣口以便分析水質(zhì)，對(duì)側(cè)設(shè)取填料口以便生物樣品分析。
　　風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由使用電磁式空氣泵ACO-016(浙江森森實(shí)業(yè)有限公司)，功率380W，風(fēng)壓0.045MPa，排氣量230L/min，出氣嘴直徑16mm，重量8.5Kg。該風(fēng)機(jī)提供曝氣生物濾池的供氧，管路中設(shè)置氣體流量計(jì)以控制氣水比。
　　進(jìn)水系統(tǒng)使用計(jì)量泵(日本易威奇公司，SEBW4)，通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕控制進(jìn)水流量，以考察不同工藝條件下的反應(yīng)器性能，反應(yīng)器底部進(jìn)水，進(jìn)水采用連續(xù)流。
　　反沖系統(tǒng)使用增壓泵(上海新西山，Q=20L/min)，反沖流量和強(qiáng)度使用液體流量計(jì)控制。
　　1.2生物濾池濾料
　　本實(shí)驗(yàn)采用沸石作為曝氣生物濾池的濾料，沸石為浙江縉云斜發(fā)沸石，該天然沸石平均粒徑3-6mm，真密度2.304g/mL，堆積密度0.988g/mL，表觀密度1.546g/mL，空隙率50.08%，比表面積15.01m2/g。
　　1.3分析方法
　　常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法如表1。
　　表1水質(zhì)指標(biāo)分析方法
　

　1.4實(shí)驗(yàn)方案
　　1.4.1進(jìn)水水質(zhì)
　　實(shí)驗(yàn)用水為污水加入一定量的河水組成的半模擬廢水，污水取自新教學(xué)樓后面的上塘河水，然后加入淀粉和氮磷等藥品，通過(guò)計(jì)量泵從反應(yīng)器底部進(jìn)水，主要水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。
　　表2進(jìn)水水質(zhì)

　　1.4.2動(dòng)力學(xué)研究
　　反應(yīng)器以水力負(fù)荷為0.10m3/(m2•h)啟動(dòng)掛膜，掛膜成功后，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)器運(yùn)行的最優(yōu)工藝條件，然后在最優(yōu)的工藝條件下進(jìn)行ZBAF去除有機(jī)物的動(dòng)力學(xué)模型研究。
　　研究基于生物膜反應(yīng)——擴(kuò)散理論的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停�根�?jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定生物降解的速率方程級(jí)數(shù)。在總反應(yīng)級(jí)數(shù)確定的條件下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的建立和推導(dǎo)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定動(dòng)力學(xué)相關(guān)常數(shù)。
　　2結(jié)果與討論
　　2.1pH值
　　由于ZBAF對(duì)污染物的去除實(shí)質(zhì)上是微生物對(duì)底物的降解過(guò)程，而生物化學(xué)反應(yīng)大多需要在細(xì)胞內(nèi)部由酶催化進(jìn)行的，而反應(yīng)體系中的氫離子濃度過(guò)高或過(guò)低會(huì)導(dǎo)致酶蛋白中關(guān)鍵基團(tuán)的分解或直接使酶蛋白變性失活，因而過(guò)高或過(guò)低的pH值對(duì)酶促反應(yīng)有顯著的影響。所以，具有特定凈化功能的生物反應(yīng)器必然要提供一個(gè)能夠適應(yīng)于特定微生物生存的最佳pH值條件，以取得最大的污染物去除效能。因此，研究探討不同pH值條件對(duì)ZBAF去除COD和氨氮的影響。
　　實(shí)驗(yàn)在保持水力負(fù)荷0.10m3/(m2•h)時(shí)，以不同的pH值進(jìn)水并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，考察COD和NH4+-N的去除情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
　　
　　圖2pH值對(duì)COD和氨氮的去除率影響
　　由圖2顯然可知，ZBAF中pH值的變化對(duì)COD去除率的影響較小，對(duì)NH4+-N去除率的影響較大，在pH為7.5-9.0左右時(shí)，COD和NH4+-N的去除率都達(dá)到最大。最佳的進(jìn)水pH值應(yīng)為7.5-9.0。
　　2.2水力負(fù)荷
　　在最佳的pH值7.5-9.0條件下，DO≥4mg/L以維持反應(yīng)器內(nèi)好養(yǎng)條件下，ZBAF運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)考察四種水力負(fù)荷對(duì)COD和氨氮的去除影響，結(jié)果如圖3。總體上看，隨著水力負(fù)荷的增加，COD和氨氮的去除率呈不斷下降趨勢(shì)。水力負(fù)荷由0.10m/h提高到0.25m/h時(shí)，COD和NH4+-N的去除率分別下降了4.4%和5.0%；當(dāng)水力負(fù)荷升高到0.40m/h時(shí)，COD去除率下降不明顯，而NH4+-N的去除率迅速下降，從平均去除率為64.1%下降到45.6%，去除率下降了40%之多。所以，為了達(dá)到COD和氨氮的較好的去除效率，而又使反應(yīng)器高效運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)最佳進(jìn)水負(fù)荷設(shè)定為0.25m/h為宜。

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