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、處理效果好和同時脫氮等優點，目前這種工藝在污水處理領域越來越受到重視。實驗以改性沸石作為濾料的曝氣生物濾池的濾料，在其對水產養殖廢水處理的最佳工藝條件下，進行動力學方程的推導以及動力學參數的求解。
　　工藝研究表明，在曝氣生物濾池中，掛膜結束后，穩定運行得出該反應器的最優化工藝條件為：pH7.5-9.0，水力負荷為0.25m3•m-2•h-1，氣水比為30:1。
　　
　　關鍵詞：曝氣生物濾池，水產養殖廢水，動力學
　　
　　
　　中國是世界漁業大國，其水產養殖產量約占全球的70%[1]。而浙江又是漁業大省，得天獨厚的水鄉環境帶動了水產養殖業的快速發展。但隨著集約化養殖的迅猛發展，水質惡化與廢水排放直接制約了水產品質量改善和產業可持續發展，加劇了水體富營養化和水資源匱乏。
　　在水產養殖的過程中，養殖用水原有的體系中浮游植物、藻類等初級生產者種類單純、數量少，不能滿足飼養密度高的養殖對象的生長需要，因此要添加大量人工配置的餌料來滿足養殖生物的生長所需。人工添加的餌料量營養豐富，可以大大提高養殖生物的生長速率。然而養殖條件下投放的餌料，不能全部被養殖對象有效地利用，剩余的部分以污染物的形式排放到環境中。殘余的餌料同養殖對象的排泄物一起進入水體，構成養殖廢水最主要的污染物來源。
　　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，即在生物反應器內裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長的載體。它與傳統的生物濾池不同，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，不過比傳統的生物接觸氧化池填料的尺寸更小。國內清華大學、同濟大學、哈工大等科研單位對曝氣生物濾池也進行了試驗研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內的不斷推廣和普及，很多學者在其結構、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
　　整個系統由生物濾池主體、風機和進水系統、反沖系統、電控系統及管道組成，實驗裝置工藝流程圖詳見圖1。
　　
　　圖1ZBAF裝置工藝流程圖
　　曝氣生物濾池主體材料為有機玻璃圓管，考慮到后期的反硝化功能，故設計時濾池主體分為兩段，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設一取水樣口以便分析水質，對側設取填料口以便生物樣品分析。
　　風機系統由使用電磁式空氣泵ACO-016(浙江森森實業有限公司)，功率380W，風壓0.045MPa，排氣量230L/min，出氣嘴直徑16mm，重量8.5Kg。該風機提供曝氣生物濾池的供氧，管路中設置氣體流量計以控制氣水比。
　　進水系統使用計量泵(日本易威奇公司，SEBW4)，通過調節旋鈕控制進水流量，以考察不同工藝條件下的反應器性能，反應器底部進水，進水采用連續流。
　　反沖系統使用增壓泵(上海新西山，Q=20L/min)，反沖流量和強度使用液體流量計控制。
　　1.2生物濾池濾料
　　本實驗采用沸石作為曝氣生物濾池的濾料，沸石為浙江縉云斜發沸石，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
　　常規水質指標監測方法如表1。
　　表1水質指標分析方法
　

　1.4實驗方案
　　1.4.1進水水質
　　實驗用水為污水加入一定量的河水組成的半模擬廢水，污水取自新教學樓后面的上塘河水，然后加入淀粉和氮磷等藥品，通過計量泵從反應器底部進水，主要水質指標如表2所示。
　　表2進水水質

　　1.4.2動力學研究
　　反應器以水力負荷為0.10m3/(m2•h)啟動掛膜，掛膜成功后，通過單因素實驗確定反應器運行的最優工藝條件，然后在最優的工藝條件下進行ZBAF去除有機物的動力學模型研究。
　　研究基于生物膜反應——擴散理論的經驗模型，根據實驗數據確定生物降解的速率方程級數。在總反應級數確定的條件下進行動力學模型的建立和推導，并通過實驗數據確定動力學相關常數。
　　2結果與討論
　　2.1pH值
　　由于ZBAF對污染物的去除實質上是微生物對底物的降解過程，而生物化學反應大多需要在細胞內部由酶催化進行的，而反應體系中的氫離子濃度過高或過低會導致酶蛋白中關鍵基團的分解或直接使酶蛋白變性失活，因而過高或過低的pH值對酶促反應有顯著的影響。所以，具有特定凈化功能的生物反應器必然要提供一個能夠適應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ZBAF去除COD和氨氮的影響。
　　實驗在保持水力負荷0.10m3/(m2•h)時，以不同的pH值進水并穩定運行一段時間，考察COD和NH4+-N的去除情況。實驗結果如圖2所示。
　　
　　圖2pH值對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COD去除率的影響較小，對NH4+-N去除率的影響較大，在pH為7.5-9.0左右時，COD和NH4+-N的去除率都達到最大。最佳的進水pH值應為7.5-9.0。
　　2.2水力負荷
　　在最佳的pH值7.5-9.0條件下，DO≥4mg/L以維持反應器內好養條件下，ZBAF運行穩定，實驗考察四種水力負荷對COD和氨氮的去除影響，結果如圖3。總體上看，隨著水力負荷的增加，COD和氨氮的去除率呈不斷下降趨勢。水力負荷由0.10m/h提高到0.25m/h時，COD和NH4+-N的去除率分別下降了4.4%和5.0%；當水力負荷升高到0.40m/h時，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，為了達到COD和氨氮的較好的去除效率，而又使反應器高效運行，實驗最佳進水負荷設定為0.25m/h為宜。

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