新型浮島水質(zhì)凈化技術(shù)研究

　　宜興市位于江蘇省南部，屬于太湖流域，其境內多條河流均有不同程度的富營(yíng)養化現象，尤其是一些較小的支流，由于沿線(xiàn)各類(lèi)污染源的貢獻，再加上大多流動(dòng)緩慢，因此，自?xún)裟芰�較差，春夏季易爆發(fā)水華，嚴重影響居民的生活，急需治理。

　　人工浮島是一種在載體上種植植物的漂浮結構，最旱是用來(lái)為生物提供棲息的場(chǎng)所。20世紀70年代，浮島技術(shù)首先在歐美和日本等發(fā)達國家得到廣泛的應用。90年代以后，才逐漸受到我國的重視。相比較一些傳統的治理富營(yíng)養化的方法，人工浮島具有占地面積小，應用靈活等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以?xún)艋�水質(zhì)，而且可以起到美化景觀(guān)，消浪護岸的作用。

　　傳統的浮島屬于植物型浮島，是在載體上種植各類(lèi)陸生或水生植物，利用植物吸收去除水體中的氮、磷，植物根系上所附著(zhù)的微生物也能起到降解污染物的作用。因此，浮島就像漂浮在水中的濕地一樣，可對水體起到很好的原位修復作用。研究人員通過(guò)改進(jìn)浮島的結構、植物的篩選等提高其水質(zhì)凈化效果。CALHEIROS等和KLOMJEK等研究了不同植物對水體的修復效果，為浮島植物的選擇提供了依據。但結果也顯示了植物型浮島的季節性明顯。WANC等指出植物在生長(cháng)過(guò)程中可以大量去除水體中的氮磷，LADISLAS等更指出植物以及根系微生物對一些重金屬也有相當的去除作用，但他們都提出了其去除多依賴(lài)植物的收割，增加了管理的困難。

　　研究人員通過(guò)引入填料，來(lái)克服季節性明顯和管理困難的缺點(diǎn)。馬潮江等通過(guò)引入纖維束填料，研發(fā)了一種復合人工生態(tài)浮島載體，利用網(wǎng)狀結構層支架固定纖維束填料，增加了浮島的凈化效果。湯穎等研發(fā)的人工浮島水體凈化裝置，在浮體下懸掛裝有顆粒型填料的網(wǎng)籠，兼有傳統生態(tài)浮床和吸附填料之長(cháng)。由此可見(jiàn)，性能優(yōu)良的填料可以起到強化浮島凈化能力的作用。

　　在LU等和CHANC等的研究中都構建了新型浮島，他們采用傳統的浮島聯(lián)合曝氣技術(shù)。LU等提出曝氣可以提高水體的氧化還原電位，抑制藻類(lèi)生長(cháng)，CHANC等則指出曝氣可以促進(jìn)水質(zhì)均勻，大幅提高局部溶解氧濃度，改善水質(zhì)。因此，構建新型浮島是可行的，但其對填料的研究過(guò)少�；�于此，我們提出構建不依賴(lài)植物功能的新型浮島，主要以填料的生物膜凈化和吸附攔截作用為主，輔以植物的吸收作用，強化浮島的凈化效果。所以，本文主要從改進(jìn)填料的角度研究如何提高浮島的凈化效果。

　　目前，應用于新型填料浮島技術(shù)的填料主要分為有機填料和無(wú)機填料2類(lèi)。有機填料，包括纖維束填料(軟性、半軟性和復合填料)、顆粒型有機填料(環(huán)狀填料、柱狀填料、多面空心球均質(zhì)填料、內置式填料和多孔旋轉球型填料)。無(wú)機填料有輕質(zhì)顆粒型無(wú)機填料，如陶粒和沸石等。有機填料的掛膜性能較好，凈化效果穩定。無(wú)機顆粒主要吸附攔截去除污染物，起效快，但掛膜性能差，比重大，不適合單獨使用。對比顆粒型有機填料，纖維束填料不僅會(huì )發(fā)生堵塞和結團的現象，而且需要懸掛或固定在框架上，安裝不便，影響了浮島的凈化效果和制作運行成本。因此，本實(shí)驗室研究擬采用顆粒型有機填料和輕質(zhì)顆粒型無(wú)機填料進(jìn)行合理的組合。

　　各種填料在掛膜速度、掛膜量及凈化效果等方面存在差異。國內外研究者對此做了大量的研究，但主要針對有機填料強化污水處理能力，作為浮島基質(zhì)的相關(guān)研究較少。所以，該研究首先針對3種常用的顆粒型有機填料，在模擬宜興當地河流水質(zhì)的條件下，通過(guò)對比各填料自身的性質(zhì)、掛膜性能、凈化效果及經(jīng)濟成本，篩選出一種性能良好，經(jīng)濟可行，適合應用于新型浮島技術(shù)的有機填料，并以此為基礎，引入無(wú)機顆粒填料，提出一種可以進(jìn)一步提高凈化效果的組合填料，為新型浮島的進(jìn)一步研發(fā)提供重要支撐。

　　1實(shí)驗部分

　　1. 1實(shí)驗裝置與填料

　　實(shí)驗裝置如圖1所示。為模擬浮島凈化水質(zhì)的情況，擬采用的反應裝置主體為塑料桶，有效容積為45 L。在反應器底部合適位置處以三腳架固定曝氣盤(pán)，該實(shí)驗所使用的曝氣盤(pán)為直徑8 cm的高溫燒結曝氣盤(pán)，通過(guò)軟管與氣泵相連，并采用時(shí)間繼電器控制曝氣時(shí)間。反應器中部設置填料區(不銹鋼網(wǎng)籠，內部裝填實(shí)驗所用填料)，以塑料繩懸掛于曝氣盤(pán)之上，填料網(wǎng)籠以直徑3 mm的304不銹鋼條焊接而成，尺寸為10 cm X 10 cm X 15 cm，帶有可拆卸不銹鋼網(wǎng)蓋，供調節網(wǎng)籠容積，本文調節網(wǎng)籠有效容積均為1 L。實(shí)驗采用手動(dòng)更換水的方式，每天更換一次，體積為1 L。

　　實(shí)驗所用各種有機填料如圖2所示。3種有機填料均為聚乙烯材料注塑制成，其中，空心球直徑為25 mm，比表面積為460 m2·m-3，堆積個(gè)數為85 000個(gè)·m-3 ,鮑爾環(huán)為圓柱狀，底面直徑為25 mm，高度為25 mm，壁厚約為1. 2 mm，比表面積為175 m2·m-3 ,K3填料為環(huán)狀，底面直徑為25 mm，高度為10一12mm，比表面積為860 m2·m-3 。

表1   實(shí)驗水質(zhì)

　　1. 2實(shí)驗水質(zhì)

　　實(shí)驗用水采用模擬宜興當地富營(yíng)養化河水配制，以葡萄糖作為碳源，硝酸鈉和碳酸氫錢(qián)作為氮源，磷酸氫二鉀作為磷源。進(jìn)水各水質(zhì)指標如表1所示，其中低負荷水質(zhì)為根據宜興當地富營(yíng)養化河水實(shí)際所測水質(zhì)配制，中負荷和高負荷水質(zhì)則分別用于后續實(shí)驗中為了測試目標填料對沖擊性進(jìn)水負荷的反應。其中，各反應器配制低負荷水質(zhì)下各藥品的用量分別為:葡萄糖2. 5 g，碳酸氫錢(qián)740 mg，硝酸鈉790 mg,磷酸氫二鉀320 mg 。

　　1. 3實(shí)驗方法

　　組裝并運行反應器，按低負荷水質(zhì)配制水樣，在室溫條件下連續運行，控制溶解氧濃度為3一4 mg / L ，對比3種填料的掛膜性能。并將掛膜完成后的填料(1L)置于5 L新配制水樣中，研究不同填料掛膜后對各污染物的去除速率，篩選填料。通過(guò)改變污染物負荷、水溫和溶解氧濃度，研究所篩選出填料的性能，并對比單種的有機填料與組合填料凈化效果，研究浮島技術(shù)采用組合填料的可能性。

　　1. 4分析方法

　　COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑光度法測定，總氮采用過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定，總磷采用鑰銻抗分光光度法測定，溶解氧采用便攜式溶解氧儀測定。

　　填料生物膜量測定方法:取一定數量掛膜后的填料置于燒杯中，加入適當體積的超純水，超聲10 min ,使填料表面的生物膜脫落。將超聲后的生物膜溶液用濾紙過(guò)濾后，放入烘箱中105℃烘干至恒重，過(guò)濾前后重量差按填料堆積系數換算即可求得單位體積填料(1 L)的生物膜量。

　　DGGE高通量測序方法:取出掛膜后的填料，將填料表面的生物膜刮下，水樣先經(jīng)濾膜過(guò)濾后，采集富集于濾膜上的過(guò)濾物。提取采集到的生物樣品的DNA，利用通用引物擴增其16S rRNA基因，然后將等摩爾的純化后的PCR產(chǎn)物混合上機測序。

　　2結果與討論

　　2. 1有機填料的比選

　　2.1.1有機填料掛膜性能對比

　　掛膜能力是評價(jià)填料的一個(gè)重要指標，不同填料由于性質(zhì)差異，其掛膜速率和掛膜量均有差異，所以實(shí)驗首先開(kāi)展了對于3種填料掛膜性能的研究，運行反應器，各填料在溶解氧濃度為3 mg / L，水溫為20 -22℃的條件下掛膜，其生物膜量隨時(shí)間的變化如圖3所示。在掛膜過(guò)程中，雖然反應器在第2天就出現渾濁現象，懸浮微生物大量繁殖，但第4天微生物才附著(zhù)于填料表面生長(cháng)。各填料自然條件下掛膜均需要約兩周時(shí)間，第14天之后，各填料表面的生物膜量趨于穩定，標志著(zhù)有機填料掛膜成熟，掛膜階段結束。鮑爾環(huán)填料掛膜較空心球和K3填料遲緩，生物膜量也較少，穩定后生物膜量?jì)H為0. 6 g / L 填料，掛膜能力較差�？招那蚝蚄3填料的終期掛膜量分別為1. 5 g / L填料和2. 2 g / L填料，所以3種填料以K3填料掛膜性能最優(yōu)。

表2    填料污染物去除一級動(dòng)力學(xué)

　　2. 1. 2污染物去除速率

　　有機填料對污染物的去除能力是檢驗填料優(yōu)劣的另一重要指標，因此，本部分實(shí)驗開(kāi)展了填料掛膜后去除污染物能力的研究。取5L新配制的水樣倒入量杯，調節pH至7左右，將1L掛膜成熟后的填料連同網(wǎng)籠放入量杯內，通過(guò)調節曝氣時(shí)長(cháng)與間隔使溶解氧濃度維持在3 mg / L ，擬合一級反應動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)如圖4所示。

　　如表2所示，R²基本都在0. 97以上，該組實(shí)驗可以較好地擬合一級反應動(dòng)力學(xué)。K值為反應速率常數，其值越大說(shuō)明各底物的去除速率越大。綜合來(lái)看，在實(shí)驗條件下，有機填料對COD和氨氮的去除效果較好，但對TN，尤其是TP的去除效果很不理想。鮑爾環(huán)對各指標的去除均較差，其K值遠低于另外2種填料。造成這種差異的主要原因是由于鮑爾環(huán)的比表面積小，所掛的生物膜量少。環(huán)狀K3填料和空心球相比，雖然各指標的去除效果前者略好，但總體而言均相差不大，尤其是對COD和氨氮的去除差別更小。

　　2. 1. 3有機填料的工藝經(jīng)濟比選

　　綜合對比3種有機填料，鮑爾環(huán)的去除效果太差，不予考慮�？招那蚺cK3填料的凈化效果較好。根據市場(chǎng)調研，直徑為25 mm空心球的價(jià)格為每個(gè)0. 02元，計算可知1 kg約為8元，而K3填料是種專(zhuān)利產(chǎn)品，市售價(jià)格為每千克25元，同樣堆積體積1耐的填料，空心球約為1 700元，K3填料約為2 650元。K3填料的尺寸較小，高度為10 - 12 mm，過(guò)水率較空心球小，并且粒徑越小管理越困難，易于流失，更加大了工藝的成本。本實(shí)驗的目的是為浮島篩選填料，并應用于工程，所以選擇綜合性?xún)r(jià)比高的空心球作為工藝使用的填料。

　　2. 2空心球填料性能的影響因素研究

　　掛膜過(guò)程的本質(zhì)是微生物附著(zhù)在填料表面生長(cháng)，微生物會(huì )分泌一些粘性物質(zhì)，形成菌膠團，使填料表面形成一層肉眼可見(jiàn)的有活性的生物膜。影響有機填料掛膜的因索很多，例如填料自身特性、水質(zhì)狀況、水溫和曝氣強度等。在本實(shí)驗的過(guò)程中可以觀(guān)察到，實(shí)驗初期水質(zhì)澄清;進(jìn)入掛膜階段初期時(shí)，反應器內出現渾濁現象，填料表面無(wú)變化;隨著(zhù)時(shí)間的推移，實(shí)驗進(jìn)入掛膜后期，填料表面肉眼可見(jiàn)一層黃褐色的生物膜，該階段反應器渾濁度仍較高;水質(zhì)穩定后，標志著(zhù)掛膜階段結束，可見(jiàn)反應器水質(zhì)恢復澄清。

　　2. 2. 1污染物負荷對空心球掛膜及凈化效果的影響

　　(1)對掛膜的影響

　　不同污染物負荷條件下，空心球生物膜量隨時(shí)間的變化如圖5所示。不同污染物負荷條件下空心球掛膜的速率不同，較高的污染物負荷可以提高生物膜的增長(cháng)速率。對比實(shí)驗結果，污染物負荷相對較低的條件下，在第14天，生物膜量才達到穩定值。而污染物負荷較高的水質(zhì)下達到最大生物膜量?jì)H需要10 d。

　　較差的水質(zhì)含有較多的碳源、氮源等微生物生長(cháng)繁殖所需的營(yíng)養元索，可以促進(jìn)微生物的生長(cháng)。在填料的掛膜階段，水質(zhì)較差的反應器內，水體的渾濁度也較高，而更多的有機生長(cháng)的微生物可以促進(jìn)微生物向填料表面的富集，加速生物膜的生長(cháng)。并且水質(zhì)較差的反應器中填料穩定后的生物膜量也較大，是因為高濃度污染物可以促進(jìn)向內層生物膜的傳質(zhì)，使生物膜生長(cháng)的更厚。

　　(2)對凈化效果的影響

　　在其他條件不變的情況下，提高進(jìn)水污染物濃度，研究污染物負荷對空心球凈化效果的影響。如圖6所示，進(jìn)水COD負荷從平均68. 16增加至151.77 mg / (L填料·d)，去除率從61. 80%增加至72. 73 %，反應器的濁度也有一定的增加。雖然污染物負荷增加了，但COD的去除率有所升高，是因為COD的去除主要靠異養菌，從不同水質(zhì)對掛膜的影響實(shí)驗可知，較多的碳源促進(jìn)了異養菌的生長(cháng)。進(jìn)水氨氮負荷從2. 82增加至4. 22 mg / ( L填料·d)，去除率從81. 45%增加至87. 21 %，在一定程度上提高進(jìn)水的氨氮濃度對硝化作用是有利的，進(jìn)水氨氮負荷繼續增加至8. 01 mg / ( L填料·d)，氨氮的去除率下降至80. 12%，這是由于異養菌與自養菌的競爭所致，較大的COD促進(jìn)異養菌的生長(cháng)，硝化菌由于其相對較小的最大比增長(cháng)速率而在競爭中處于劣勢，使去除率有所下降。隨著(zhù)污染物負荷的增加，雖然TN和TP的絕對去除量有所增加，但填料對TN和TP的去除率卻隨進(jìn)水濃度的上升呈現明顯的下降趨勢。這說(shuō)明對空心球填料的TN和TP有效去除率來(lái)說(shuō)，存在一個(gè)合適的TN和TP負荷范圍。

　　2.2.2水溫對空心球掛膜的影響

　　該組實(shí)驗在低負荷水質(zhì)條件下進(jìn)行。該組實(shí)驗是對比夏季和冬季兩組實(shí)驗的空心球填料掛膜情況。不同溫度區間范圍，空心球填料生物膜量隨時(shí)間的變化如表3所示�？梢钥闯�，水溫對掛膜的影響較大，尤其是掛膜的啟動(dòng)階段。低水溫條件下，反應器掛膜啟動(dòng)所需時(shí)間明顯延長(cháng)，在第5天反應器水體才明顯可見(jiàn)渾濁現象，比水溫20 -22℃條件下延遲了3d。低溫條件下生物膜的增長(cháng)速率也較慢，較高水溫下，掛膜階段生物膜的平均增長(cháng)速率為0.149 g · /(L填料·d)^-1，低水溫下為0.124 g · /(L填料·d)^-1。掛膜時(shí)間也有所延長(cháng)，低溫條件下達到最大生物膜量相比較多2d。對比2組實(shí)驗結果發(fā)現，其終期的生物膜量差別不大，說(shuō)明水溫雖然影響掛膜過(guò)程，但對填料最終的單位面積的生物膜量影響不大。

表3  溫度對空心球生物膜量隨時(shí)間變化的影響

　　2. 2. 3 DO對空心球掛膜及凈化效果的影響

　　(1)對掛膜的影響

　　該組實(shí)驗在溫度為20一25℃、低負荷水質(zhì)的條件下進(jìn)行，主要研究曝氣所致溶解氧濃度變化對空心球掛膜的影響。如圖7所示，不同曝氣強度下，空心球掛膜的差異較大。溶解氧濃度維持在3一4 mg / L時(shí)，其膜增長(cháng)速度快，所掛生物膜量大，掛膜良好。理論上，高溶解氧濃度有利于掛膜，但實(shí)驗結果表明，溶解氧維持在6一7 mg / L的反應器，其掛膜狀況較中等溶解氧濃度差，主要是因為高強度的曝氣雖然可以促進(jìn)有機微生物的生長(cháng)，但不利于微生物向填料表面富集，使填料表面掛膜過(guò)程難以啟動(dòng)。而且曝氣強度過(guò)高，也會(huì )導致生物膜松散，易于脫落。溶解氧濃度為0. 5一1 mg / L的反應器填料生物膜量極少，是由于在該條件下，填料表面主要生長(cháng)的為缺氧膜。由于實(shí)驗配制水樣為微污染水體，硝酸鹽濃度較低，不利于反硝化菌的生長(cháng)繁殖，使該反應器的填料掛膜情況遠比另外兩組反應器差。

　　(2) DO對去除COD,NH獷-N ,TN和TP的影響

　　在填料掛膜成熟后，通過(guò)調節曝氣時(shí)間間隔控制反應器溶解氧濃度分別為5,3,2和0. 5 mg / L ，研究不同溶解氧濃度對COD的降解、氨氮的轉化、以及TN和TP去除效果的影響。反應器在水質(zhì)為低負荷，水溫為室溫(20一25℃)的條件下運行，每個(gè)條件下水質(zhì)穩定后運行15 d。

　　1)對COD和氨氮的去除。從圖8中可以看出，隨著(zhù)溶解氧濃度的逐漸降低，COD和氨氮的去除率呈現降低的趨勢。在4個(gè)溶解氧水平條件下，COD的平均去除率分別為63 . 16 % , 61. 10 % , 54. 64%和48. 34 % ,氨氮的平均去除率分別為80. 97% ,81. 45% ,63. 32%和35. 07%。當溶解氧從5降低至3 mg / L時(shí)，COD和氨氮的去除并沒(méi)有受到明顯影響，較高的溶解氧濃度利于生物膜內的傳質(zhì)，有利于增加其對COD和氨氮的去除能力，但高強度的曝氣也會(huì )導致外層生物膜松散和脫落，使填料表面的生物膜量變少。在這2種效應的共同作用下，雖然溶解氧濃度得到了提高，但COD和氨氮去除率并沒(méi)有明顯增加。溶解氧低于3 mg / L時(shí)，隨著(zhù)溶解氧濃度的降低，COD和氨氮的去除率呈現明顯的下降趨勢，溶解氧低至0. 5 mg / L時(shí)，反應器中氧氣傳質(zhì)效果差，無(wú)法滿(mǎn)足微生物需求，使填料形成較厚的缺氧層，填料的生物膜變黑。而COD和氨氮的去除主要以好氧菌群為主，所以此時(shí)其去除率有明顯的降低。

　　2)對TN的去除。不同溶解氧濃度條件下，總氮的平均去除率分別為34. 82% ,58. 60% ,56. 97%和48. 19%。較高和較低的溶解氧濃度都不利于總氮的去除，溶解氧為2和3 mg / L時(shí)，總氮的去除率較高且相差不大。HE等的研究表明，有機填料同步硝化反硝化脫氮過(guò)程中，影響硝化的因索主要為氧在生物膜內的傳質(zhì)，充足的溶解氧可以促進(jìn)COD和氨氮的去除，氧氣由于生物膜的消耗而呈現濃度梯度，使內層的生物膜處于缺氧狀態(tài)，成為反硝化過(guò)程的主要場(chǎng)所。溶解氧濃度為5 mg / L時(shí)，氧氣的傳質(zhì)能力強，不僅懸浮生長(cháng)的微生物均處于好氧狀態(tài)，填料表面的生物膜也難以形成一定規模的缺氧層，雖然氨氮可以大量轉化為硝態(tài)氮，但由于反硝化菌的活性受到抑制，反應器內硝氮大量累積，難以轉化為氮氣從系統中去除，導致脫氮能力較差。溶解氧濃度為2 mg / L時(shí)，雖然氨氮的氧化效率降低，但反硝化效率有所提高，所以總氮的去除率仍維持較高水平。隨著(zhù)溶解氧進(jìn)一步的降低，氨氮的氧化成為限制脫氮的主要因素，總氮的去除率明顯下降。對比氨氮和總氮的實(shí)驗結果可知，最適宜脫氮的溶解氧濃度為3 mg / L 在CAO等的實(shí)驗中，也模擬了填料型浮島，采用了一種柱狀懸浮填料，并設置空白組對比了凈化效果，其模擬的浮島對TN的凈化效果接近60%，這與該實(shí)驗的結論吻合。

　　3)對TP的去除。從圖10中可以看出，溶解氧濃度越低，總磷的去除率也越低，4個(gè)階段總磷的去除率分別為35. 23% ,31. 62% ,23. 99%和11. 53%。在鄭作添研究球形填料的實(shí)驗中，其總磷的去除率可達75 %，對比本實(shí)驗，總磷的去除主要靠微生物的同化作用，并沒(méi)有去除底泥的過(guò)程，所以總磷的去除率總體不高，對于不依賴(lài)植物的浮島，單一的有機填料在自然狀態(tài)下除磷效果不好。溶解氧較高的條件下，好氧區好氧微生物大量繁殖，提高了通過(guò)同化作用吸收磷的能力。與缺氧微生物相比，好氧微生物具有生長(cháng)率高、世代時(shí)間短等特點(diǎn)，所以，在同化作用除磷方面具有主要的影響。因此，隨著(zhù)溶解氧濃度的降低，總磷的去除率也呈明顯下降趨勢。

　　對比空白組出水和填料組出水的COD,氨氮,TN和TP濃度變化可以看出，空白組對于各指標的去除效果均較填料組差，所以在該實(shí)驗中，填料是除溶解氧外另一個(gè)污染物去除的關(guān)鍵因索。隨溶解氧濃度變化，空白組COD的濃度變化略有上升，并不明顯，說(shuō)明溶解氧對COD的去除影響不大，填料所起的作用占主要地位。而對于氮磷的去除則受溶解氧影響較大。

　　2. 3以空心球為主的組合填料的凈化效果

　　在實(shí)驗室前期對無(wú)機填料在氮磷去除方面研究結果的基礎上，選取對除磷效果最好的鋼渣和吸附氨氮能力最強的沸石進(jìn)行組合，作為無(wú)機填料與空心球組成組合填料。根據浮島技術(shù)的要求，填料的比重不應過(guò)大，若填料過(guò)重，會(huì )使為浮島提供浮力的浮體過(guò)大，不僅降低了浮島靈活的應用性，而且造成資源的浪費。若填料中無(wú)機填料部分過(guò)少，雖能滿(mǎn)足浮體為浮島提供浮力的要求，但會(huì )使無(wú)機填料所起的作用尤其是除磷效果過(guò)小，喪失采用組合填料的意義。以組合后的平均密度為依據，無(wú)機填料選用粒徑為1一2 cm的沸石和鋼渣，組合填料的密度約為1.2g / cm^3。

　　在篩選出空心球填料并對其性能進(jìn)行研究的基礎上，設計實(shí)驗對比空心球填料與組合填料對富營(yíng)養化水質(zhì)的凈化效果。實(shí)驗取出掛膜成熟后的兩種填料各1L置于網(wǎng)籠內，放入裝有新配制的低負荷水質(zhì)的水樣中，調節曝氣使水體溶解氧濃度為3 mg / L，每隔一段時(shí)間測定水樣的各個(gè)水質(zhì)指標。

　　由表4可知，采用組合填料可以有效的提高對富營(yíng)養化水質(zhì)指標的凈化效果，尤其是強化了脫氮除磷的效果。TN和TP的去除量分別從1. 54 、0. 13mg / ( L填料·h)增加至2.87、0.20 mg / (L填料·h)，但COD的去除效果增加不明顯，在該實(shí)驗條件下，去除量?jì)H從36. 74增加至41. 52 mg / (L填料·h)。無(wú)機填料對氮磷有較強的吸附攔截作用，可以將水體中的氮磷富集于填料區內，提高填料區氮磷的濃度，一方面促進(jìn)微生物的生長(cháng)，另一方面較高的濃度梯度有利于向生物膜內部的擴散，這2種作用使組合填料對氮磷的去除能力有顯著(zhù)的提高。由于采用的無(wú)機填料沸石和鋼渣對COD的吸附作用較差，所以該組合填料對COD的去除效果沒(méi)有明顯的提高。

表4      單一空心球與組合填料對污染物的平均去除效果對比

　　在以空心球為主的組合填料中，其DGGE的高通量測序結果檢測到的菌種主要包括變形菌門(mén)(甲型變形菌綱(Alphoproteobacteria )、乙型變形菌綱(Betaproteobacteria )、丙型變形菌綱(Gammaproteobacteria) 、δ變形菌綱(Deltaproteobacteria ) )、異常球菌綱(Dein ococci )、放線(xiàn)菌綱(Actin abacteria)和一些桿菌(如黃桿菌綱(Clo.striafa )、擬桿菌綱(Bacteroldla ))等。圖11中，h. b.代表空心球表面，zeo代表沸石，S. S.代表鋼渣，sus.代表懸浮生長(cháng)的微生物，Ano代表填料處于缺氧條件下，Aer代表填料處于好氧條件下。從圖11中可以看出，2種條件下填料表面均以生長(cháng)變形菌門(mén)為主，甲型變形菌綱在好氧區水體及填料表面的生物膜中占的比例比缺氧區高，主要包含一些代謝C化合物的菌種。乙型變形菌包括很多好氧和兼性細菌，在微生物的屬圖中，該實(shí)驗檢測到好氧條件下填料表面存在可以將氨氧化的亞硝化單胞菌屬(Nitro.somona.s ) 。δ一變形菌主要包括鉆細菌和嚴格厭氧的一些種類(lèi)，種類(lèi)較少，在缺氧區懸浮相微生物中所占比例較大。好氧區含有更多的大球菌，其生物膜松散。對污染物的去除起主要作用的為變形菌、球菌、桿菌和芽袍桿菌等，這幾類(lèi)菌種占所有檢測到的菌群的80%以上，所以，填料確能對水體起到很好的凈化作用。具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3結論

　　1)在20 - 22℃、溶解氧3 mg / L的條件下自然掛膜，K3填料、空心球和鮑爾環(huán)終期掛膜量分別可達約2. 2,1. 5和0. 6 g / L。與之相對應，3種填料以K3填料對COD,氨氮,TN和TP的去除效果最好，空心球其次，但與K3填料相差不大。3種填料中，K3填料對富營(yíng)養化水體的凈化效果最佳，但空心球的性?xún)r(jià)比最高。

　　2)對于空心球而言，污染物負荷越大，溫度越高，其掛膜速度越快，但在實(shí)驗范圍內的溫度對最終掛膜量并沒(méi)有影響。保持較高的溶解氧濃度有利于COD,氨氮和TP的去除，但5 mg / L以上的溶解氧濃度不利于總氮的去除，溶解氧濃度為3 mg / L時(shí)對總氮去除率最高。受生物膜工藝除磷機制的限制，空心球對磷的去除效果較差。

　　3)無(wú)機填料對氮磷有較強的吸附攔截作用，可以將水體中的氮磷吸附攔截于填料區內，導致填料區局部氮磷濃度較高，一方面促進(jìn)氮磷向生物膜內的傳質(zhì)，同時(shí)也促進(jìn)生物膜的生長(cháng)和提高微生物活性。因此，采用組合填料能進(jìn)一步提高浮島的脫氮除磷效果，提高幅度在53%一86%。