核桃壳-花生壳基填料BAF吸附与生物氧化结合去除氨氮的机理研究

Using waste to treat pollution such as using agriculture and forestry waste to treat ammonia nitrogen is not only the research focus but also have good economic and environmental benefits.However,the mechanisms of adsorption combination with biological oxidation in removing ammonia nitrogen by making agriculture and forestry waste as fillers are not clear. The research in carbon supply and filler's adsorption entrapment combined with biological degradation process needs to be further. Choosing walnut shells and peanut shells as the research objects, and using electron microscope to observe and test the fillers' physicochemical properties made by walnut shells and peanut shells.Combined with leaching test,static denitrifying test and adsorption test,this topic reveals the two fillers'carbon supply properties and ammonia nitrogen adsorption mechanism. Through the BAF'start and stable operation, using the molecular biological technology to study the different filler's biofilm microstructure and biological phase and the mass transfer process so as to definite and clear the mechanism of ammonia nitrogen by adsorption and nitrification - (aerobic, anaerobic) denitrifying nitrogen removal of the fillers based of walnut shells and peanut shells in BAF. This topic will not only expands the scope of the choice of fillers and deepens the BAF's denitrification theory, but also provide an idea for agriculture and forestry waste resource utilization.

用农林废弃物去除废水中的氨氮，以废治污，具有良好的经济和环境效益，是目前废水处理研究的热点。但在用农林废弃物作填料时，其吸附截留作用和生物膜生物氧化作用去除氨氮的机理尚不明确；有机碳释放、吸附截留与生物降解结合的处理过程有待于进一步深入研究。本课题以核桃壳和花生壳为研究对象，利用电镜等观察测试核桃壳和花生壳的物化特性，结合浸出、静态反硝化和吸附等试验，揭示核桃壳、花生壳供碳特性和吸附氨氮机理；通过曝气生物滤池（BAF）挂膜启动和稳定运行，利用分子生物学技术，研究填料生物膜微观结构和生物相以及生物膜内传质过程；明确核桃壳和花生壳基填料BAF对废水中氨氮的吸附与硝化-（好氧、厌氧）反硝化脱氮的机理。本课题不仅拓展填料的选择范围，深化BAF脱氮理论、并为农林废弃物资源化利用提供思路。

本课题选取4～7mm粒径的核桃壳，研究了其静态和动态吸附氨氮特性及释碳特性；同时设计制造了一曝气生物滤池(biological aerated filter, BAF)，装载同样粒径同一来源的核桃壳为填料，以此曝气生物滤池处理模拟废水中氨氮。. 采用静态和动态试验对核桃壳吸附氨氮的特性进行了研究。考察了pH、温度、吸附时间、Na+、Cr3+以及吸附柱沿程高度、进水流速、进水氨氮初始浓度等因素对吸附氨氮效果的影响，确定了最佳吸附参数；核桃壳对氨氮的动态吸附量大于陶粒，吸附效果随高度增加明显。通过对吸附过程动力学参数的研究，明确核桃壳吸附符合二级动力学过程，Langmuir 模型能较好地表征吸附过程特征。核桃壳是具有潜力的生物吸附材料。. 采用静态和动态试验对核桃壳释碳性能进行了研究。静态释碳研究表明，核桃壳结构相对稳定，释碳能力强，适合作为具有支撑作用的生物载体和长久释碳的固体碳源。核桃壳动态释碳研究发现，随着时间的延长，核桃壳填料柱不同高度释碳呈现先迅速增加后快速降低直至稳定的趋势。. 采用自行设计制作的曝气生物滤池，以核桃壳作填料启动运行，以陶粒填料曝气生物滤池作对照，对比研究了核桃壳和陶粒填料BAF挂膜启动特性，结果表明，挂膜启动期间，核桃壳填料BAF对氨氮、COD去除效果以及系统稳定性明显优于陶粒填料BAF。.稳定运行阶段，不断改变运行参数，考察氨氮去除率指标，探求系统稳定运行的最佳参数。同时研究了反应器沿程不同高度去除氨氮的效率，发现对氨氮的去除率，核桃壳填料BAF可达91%，远高于陶粒填料BAF的55%的且核桃壳填料BAF氨氮去除最显著阶段在填料层的20～40cm高度。. 采集不同取样口的生物填料，利用PCR-DGGE方法进行核桃壳和陶粒两种填料生物膜微生物群落结构分析、利用扫描电镜观测了不同高度的有生物膜、无生物膜核桃壳和陶粒填料表面形态，以此探求生物膜微生物与填料之间的相互联系。目前这部分研究的结果分析正在进行之中。. 目前的研究结果表明，核桃壳作BAF填料处理模拟氨氮废水，具有系统运行稳定、去除氨氮效率高等优势，很值得进一步深入研究！