開(kāi)孔陶粒的制備與同步硝化/反硝化生物反應(yīng)器的構(gòu)建*

向天勇 陸惠明 張正紅 單勝道 藍(lán)建明

(1.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)與環(huán)境學(xué)院，浙江 嘉興 314036；2.浙江省廢棄生物質(zhì)循環(huán)利用與生態(tài)處理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江科技學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310023；3.浙江省嘉興市嘉善縣姚莊鎮(zhèn)農(nóng)技水利服務(wù)中心，浙江 嘉興 314117)

氨氮是水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵性控制指標(biāo)，大量殘餌和排泄物極易引起水體中氨氮濃度升高，導(dǎo)致魚(yú)類中毒，甚至死亡。同步硝化/反硝化(SND)可快速同步脫除氨氮和硝態(tài)氮，具有節(jié)約供氧量25%[1]、節(jié)省碳源40%[2-3]、使反應(yīng)器的容積減少30%～40%、縮短水力停留時(shí)間和減少產(chǎn)泥的優(yōu)勢(shì)[4]。長(zhǎng)期以來(lái)，大量學(xué)者通過(guò)對(duì)溫度、pH、游離氨濃度、DO等反應(yīng)條件的控制實(shí)現(xiàn)了SND的順利啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。然而，復(fù)雜的控制條件一直是影響SND規(guī)?；瘧?yīng)用的難點(diǎn)。尤其是SND啟動(dòng)和運(yùn)行一般要求較高的溫度、較低的DO和弱堿條件，這不利于魚(yú)類快速生長(zhǎng)，限制了SND在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用[5-9],[10]29,[11]2272。如何在常規(guī)淡水養(yǎng)殖條件下淡水實(shí)現(xiàn)SND，對(duì)于緩解氨氮對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的不利影響具有重要意義。

缺氧微環(huán)境理論是目前被普遍接受的SND反應(yīng)機(jī)理，被認(rèn)為是SND發(fā)生的主要原因之一[12-13],[14]78。已有的研究一般是利用污泥顆?；蚨嗫捉橘|(zhì)作為生物載體，硝化細(xì)菌附著在顆粒外圍，通過(guò)顆粒表層的硝化細(xì)菌消耗溶液中的氧，從而構(gòu)建一個(gè)內(nèi)部的厭氧微環(huán)境，促進(jìn)顆粒內(nèi)部反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。目前常用的多孔介質(zhì)有棉球、海綿、合成纖維球等，由于結(jié)構(gòu)柔軟導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，效果不佳，同時(shí)因無(wú)法再生，導(dǎo)致成本偏高。也有利用剛性多孔陶粒進(jìn)行生物降解的研究[15]，但普通多孔陶粒采用發(fā)泡法制備，雖然其內(nèi)部具有大量封閉的泡狀空隙，但由于不具備開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，水流難以進(jìn)入陶粒內(nèi)部，內(nèi)部小孔優(yōu)良的吸附性能和掛膜性能無(wú)法完全發(fā)揮。為開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的SND多孔陶粒，研究了紙纖維燒蝕法制備的工藝和方法，分析了所制備陶粒的表征和吸附特點(diǎn)，并運(yùn)用制備的陶粒構(gòu)建SND生物反應(yīng)器(以下簡(jiǎn)稱SND反應(yīng)器)，初步驗(yàn)證了該反應(yīng)器在模擬淡水養(yǎng)殖條件下的脫氮能力。

1 材料與方法

1.1 制備方法

以市售普通陶土(購(gòu)自景德鎮(zhèn))和廢紙屑為原料，通過(guò)燒蝕法制備具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的多孔陶粒(以下簡(jiǎn)稱陶粒)。工藝如下：將廢紙屑添加20倍質(zhì)量的水充分浸泡后搗成紙漿(水添加量過(guò)少容易造成搗碎機(jī)空轉(zhuǎn)，而添加過(guò)多會(huì)導(dǎo)致紙漿含水量過(guò)高，摻入陶土后過(guò)稀，后期制粒困難)，經(jīng)預(yù)試驗(yàn)，按紙纖維添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0、1.5%、2.5%、3.5%與陶土配比(紙屑添加量高于3.5%，紙漿摻入后陶泥過(guò)稀，制粒前需干燥脫水，再者紙纖維添加量達(dá)到5.0%后，陶粒經(jīng)初步預(yù)燒，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部孔隙過(guò)大，強(qiáng)度迅速下降)，將紙漿混入陶土并控制水分20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右，充分揉勻后制成直徑1.0 cm左右的陶粒，自然風(fēng)干或低溫烘干。將干燥的顆粒在700、800、900、1 000 ℃溫度下燒制6 h，冷卻后得到所需的陶粒。

1.2 溫度和紙纖維添加量對(duì)陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

陶器的燒成溫度一般在700～1 000 ℃。溫度過(guò)低，陶粒?；粔颍菀姿榱?，但溫度越高，紙纖維燒蝕形成的微孔也容易被熔融物再次填充，導(dǎo)致孔隙度和吸水率大幅度下降。在700、800、900、1 000 ℃溫度條件下燒制陶粒，利用OLYMPUS CX31光學(xué)顯微鏡觀察陶粒的?；潭龋⑼ㄟ^(guò)吸水率判定開(kāi)孔孔隙的多少，選取既具備一定的硬度，又充分保留大量微孔、具備良好透水性的陶粒燒制溫度。

另取添加紙纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1.5%、2.5%、3.5%，900 ℃燒制的陶粒，利用Phenom ProX臺(tái)式掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行SEM和能譜(EDS)分析(工作電壓15.0 kV，不噴金)，觀察陶粒的內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)并分析陶粒成分元素的種類與含量；采用Nicolet iS10紅外光譜儀分析陶粒表面的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)；采用ASAP 2020 PLUS HD88 比表面和孔徑分析儀測(cè)定其比表面積。

1.3 陶粒對(duì)氨氮的吸附特點(diǎn)

陶粒對(duì)氨氮的吸附可以提高SND的底物濃度，直接影響到SND的反應(yīng)效率。研究表明陶粒表面電位一般為負(fù)值[16]，對(duì)帶正電荷的離子有較強(qiáng)的吸附能力，這對(duì)于氨氮的吸附是有利的。采用NH4Cl作為吸附質(zhì)，分析陶粒對(duì)氨氮的吸附性能。試驗(yàn)時(shí)稱取約0.5 g的900 ℃燒制的陶粒樣品若干份，分別置于100 mL具塞三角燒瓶中，分別加入50 mL的不同濃度的吸附質(zhì)溶液，25 ℃、200 r/min恒溫振蕩7 h以達(dá)到吸附平衡，過(guò)濾后測(cè)定平衡濃度。氨氮濃度采用納氏試劑分光光度法、Cl-采用AgNO3滴定法測(cè)定，計(jì)算平衡吸附量，繪制樣品的吸附等溫線。采用Langmuir和Freundlich 模型進(jìn)行擬合，計(jì)算擬合參數(shù)。

1.4 以陶粒為載體的SND反應(yīng)器的啟動(dòng)

試驗(yàn)以本課題組從活性污泥中富集培養(yǎng)出的優(yōu)勢(shì)復(fù)合菌群為菌種，采用SND反應(yīng)器(見(jiàn)圖1)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)工作溶液存放在恒溫水浴鍋內(nèi)，通過(guò)恒流泵從陶粒柱的下端進(jìn)入，并從上端回流至恒溫水浴鍋內(nèi)。模擬淡水養(yǎng)殖廢水作為工作溶液，以NH4Cl為氮源、CH3COONa為碳源，自來(lái)水配制，溶液最終氨氮質(zhì)量濃度為15 mg/L、碳氮質(zhì)量比(C/N)為25∶1、pH為7.4。試驗(yàn)時(shí)稱取添加紙纖維0、1.5%、2.5%、3.5%，選定900 ℃燒制的陶粒350.0 g，裝入玻璃柱，另設(shè)不加陶粒的空柱為對(duì)照(CK)。采用底部進(jìn)料排除柱內(nèi)空氣，用500 mL混合菌液循環(huán)1 h，讓菌種被陶粒大量吸附并充分進(jìn)入陶粒內(nèi)部。然后在恒溫水浴鍋中加入6 L新鮮配置的工作溶液(接種液保留在工作溶液中)。根據(jù)文獻(xiàn)[17]、[18]的研究，選定在37 ℃恒溫條件下，以30 mL/min的流速循環(huán)，每日測(cè)定氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、DO濃度，待總氮基本完全去除后結(jié)束試驗(yàn)。氨氮采用納氏試劑分光光度法、亞硝態(tài)氮采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法、硝態(tài)氮采用麝香草酚分光光度法、總氮采用凱氏定氮法、DO采用德國(guó)WTW便攜式DO儀測(cè)量。

1—恒溫水浴鍋；2—恒流泵；3—陶粒柱圖1SND反應(yīng)器示意圖Fig.1 Schematic diagram of SND reactor

1.5 陶粒再生實(shí)驗(yàn)

采用LB液體培養(yǎng)基，用大腸桿菌為菌種，對(duì)添加1.5%、2.5%、3.5%紙纖維，900 ℃下所制陶粒進(jìn)行快速模擬掛膜。15 d后，將掛膜后的陶粒在400 ℃煅燒40 min進(jìn)行再生。測(cè)定并分析再生陶粒的吸水率、比表面積及對(duì)氨氮的吸附能力，初步驗(yàn)證陶粒的再生能力。

2 結(jié)果及分析

2.1 溫度和紙纖維添加量的影響

在紙纖維添加量2.5%，700、800、900、1 000 ℃溫度條件下燒制陶粒，觀察陶粒的?；潭?，并通過(guò)吸水率判定開(kāi)孔孔隙的多少。切面如圖2所示。700 ℃條件下燒制8 h，所制陶粒在較輕的承壓狀態(tài)下即碎裂，證明未能有效燒結(jié)。隨燒制溫度的提高，陶粒顏色逐漸由陶土的淺棕紅色變成青綠色，敲擊聲逐漸變脆，硬度逐漸增加。800 ℃溫度條件下，2.5%紙纖維陶粒內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)?；蟮慕Y(jié)晶狀顆粒，此時(shí)吸水率較高(約0.36 g/g)，但顆粒比較松散，燒結(jié)程度不夠，不利于復(fù)雜工況下陶粒外形的保持；900 ℃溫度條件下，陶粒切面較為規(guī)整，顆粒致密緊實(shí)，且紙纖維燒蝕后的孔狀結(jié)構(gòu)得到了較好地保留，透水性較好，陶粒吸水率在0.23 g/g左右，這有利于水分滲透深入顆粒內(nèi)部，是理想的水處理材料；1 000 ℃溫度條件下燒制的陶粒，陶粒內(nèi)部的孔隙幾乎完全被玻璃質(zhì)填充，透水性急劇下降，吸水率幾乎為零。

圖2 陶粒切面(×100)Fig.2 Cut surface of ceramic grains (×100)

分別加入0、1.5%、2.5%、3.5%的紙纖維，900 ℃條件下燒制8 h，采用SEM觀察所制陶粒的微細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并分析陶粒成分元素的種類與含量。如圖3所示，隨著紙纖維添加量的增加，陶粒內(nèi)部顆粒逐漸變大，結(jié)構(gòu)變得疏松，開(kāi)放的孔隙增多，且孔隙的不均勻性增加；紙纖維添加量達(dá)到2.5%時(shí)，顆粒表面開(kāi)始形成蜂窩狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，紙纖維添加量達(dá)3.5%時(shí)，陶粒內(nèi)具有大量蜂窩狀結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)對(duì)水分進(jìn)入和微生物附著是有利的。

圖3 不同紙纖維添加量所制陶粒的SEM(×1 000)Fig.3 SEM images of ceramic grains by adding different amounts of paper fiber (×1 000)

EDS分析顯示，添加0、1.5%、2.5%、3.5%的紙纖維對(duì)所制陶粒的元素組成沒(méi)有影響，陶粒主要由O、Si、Al、K、Fe等元素組成，質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為64.7%、16.2%、9.2%、5.9%、3.5%。從組成推測(cè)，陶粒表面以硅羥基官能團(tuán)為主。這在紅外分析(見(jiàn)圖4)中得到證實(shí)，在560、796、1 081 cm-1處分別有Si—O—Si基團(tuán)的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、Si—O伸縮振動(dòng)吸收峰。硅羥基在水溶液中容易離解出H+，使陶粒表現(xiàn)出一定表面負(fù)電性。

注：紙纖維添加量為2.5%,溫度為900 ℃。圖4 陶粒的紅外光譜Fig.4 Infrared spectrum of ceramic grains

比表面分析結(jié)果顯示，完全?；奶樟１缺砻娣e未檢出(結(jié)果顯示為負(fù)值)。900 ℃下，添加紙纖維所制陶粒的比表面積、吸附孔隙總體積、平均吸附孔隙直徑與紙纖維添加量呈正相關(guān)(見(jiàn)表1)?？梢?jiàn)，添加紙纖維可有效增加吸附孔隙，從而增加陶粒的比表面積，進(jìn)而提高陶粒的吸水能力。

2.2 陶粒對(duì)氨氮的吸附特征分析

以NH4Cl作為吸附質(zhì)，采用氨氮質(zhì)量濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L的NH4Cl溶液，25 ℃條件下進(jìn)行陶粒的吸附試驗(yàn)。結(jié)果顯示，所有陶粒對(duì)氨氮具備一定的吸附能力，但對(duì)Cl-則幾乎沒(méi)有吸附。添加紙纖維所制的3種陶粒對(duì)氨氮的吸附能力遠(yuǎn)大于未添加組，0.5 g添加3.5%紙纖維、900 ℃下所制陶粒，NH4Cl的初始質(zhì)量濃度為50 mg/L時(shí)，7 h對(duì)氨氮的吸附量約為0.57 mg/g，而未添加紙纖維的陶粒僅約為0.14 mg/g，這與添加紙纖維燒蝕后的陶粒保留有大量開(kāi)放的孔隙，使水可以滲透進(jìn)陶粒內(nèi)部，從而增大了有效比表面積有關(guān)。隨著紙纖維添加量的增加，所制陶粒對(duì)氨氮的吸附能力呈略微增加的趨勢(shì)，但對(duì)氨氮的吸附量沒(méi)有顯著差異，與比表面積也不具備顯著相關(guān)性，說(shuō)明靜電引力與斥力是陶粒吸附氨氮的主要原因。陶粒的表面及孔內(nèi)表面分布有硅羥基等活性基團(tuán)，使其表現(xiàn)出一定表面負(fù)電性，易吸附氨氮，而陶粒只能通過(guò)表面作用產(chǎn)生少量Cl-吸附，這與文獻(xiàn)[15]的研究結(jié)果一致。

25 ℃條件下吸附等溫曲線如圖5所示。未添加紙纖維的陶粒與添加紙纖維的各組表現(xiàn)出不一樣的吸附特點(diǎn)。具體表現(xiàn)為：未添加紙纖維的陶粒對(duì)氨氮的平衡吸附量均低于添加紙纖維的各組，隨著平衡濃度的增加，陶粒對(duì)氨氮的平衡吸附量逐漸逐漸增加；對(duì)于添加紙纖維的陶粒，當(dāng)氨氮的平衡濃度較低時(shí)，陶粒的吸附量隨平衡濃度增加的速度較慢，但當(dāng)氨氮的平衡質(zhì)量濃度接近20 mg/L時(shí)，陶粒的吸附量隨平衡濃度的增大迅速增加，當(dāng)平衡質(zhì)量濃度繼續(xù)增大到接近30 mg/L時(shí)，吸附量增加的趨勢(shì)又逐漸減緩直至吸附量接近最大。

圖5 氨氮的吸附等溫曲線Fig.5 Adsorption isotherm of ammonia nitrogen

分別用Langmuir和Freundlich 模型進(jìn)行擬合，未添加紙纖維燒制的陶粒組，Langmuir模型與Freundlich模型均能較好地描述對(duì)氨氮的等溫吸附行為，這與劉瑩等[19]的研究結(jié)果一致；對(duì)于添加紙纖維燒蝕法制備的3種陶粒，Langmuir模型擬合的相關(guān)系數(shù)僅為0.224～0.289(見(jiàn)表2)，說(shuō)明氨氮的等溫吸附行為只適合用Freundlich 模型描述。這是由于紙纖維的大量摻入，大大改變了陶粒的內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部微孔表面呈現(xiàn)高度不均勻，以至于不再適合于Langmuir模型，這與陶粒SEM觀察結(jié)果一致。

Freundlich 模型擬合參數(shù)可以看出，未添加紙纖維燒制的陶粒組的1/n明顯低于其他組，且n大于1，證明該陶粒對(duì)氨氮的吸附屬于優(yōu)惠吸附；添加紙纖維燒制的各組陶粒的1/n大于1，KF較低，證明所制陶粒對(duì)氨氮的吸附親和力不高，容易解吸附。

表1 陶粒的比表面積和孔徑分析

表2Langmuir、Freundlich 模型擬合參數(shù)

注：1)Qm為最大吸附量，mg/g；KL為L(zhǎng)angmuir系數(shù)， L/mg；KF為Freundlich系數(shù)，mg1-1/n·L1/n/g；n為Freundlich常數(shù)。

圖6SND反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、DO的變化Fig.6 Changes of ammonia nitrogen,nitrate nitrogen,nitrite nitrogen and DO during start-up of SND reactor

2.3 SND反應(yīng)器的啟動(dòng)

運(yùn)行過(guò)程中每天氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、DO的變化如圖6所示。

從4種監(jiān)測(cè)指標(biāo)的整體變化趨勢(shì)分析可知：各試驗(yàn)組氨氮濃度下降的速度表現(xiàn)為1.5%>2.5%>3.5%>0>CK，氨氮濃度降至檢測(cè)限以下所用時(shí)間依次為6、9、13、15 d，而在22 d時(shí)，CK中仍含有少量的氨氮(小于1 mg/L)，可見(jiàn)添加陶粒的各組氨氮濃度降低的速度要明顯優(yōu)于CK，并能獲得較高的氨氮轉(zhuǎn)化效率。相對(duì)于普通陶粒，添加紙纖維的陶粒更有利于氨氮的去除，添加1.5%紙纖維的陶粒組，氨氮濃度降低至檢測(cè)限以下的時(shí)間比未添加紙纖維的普通陶粒要提前9 d，但隨著紙纖維添加量的進(jìn)一步增加，對(duì)氨氮的去除速率反而下降，說(shuō)明陶粒中保持適度的開(kāi)放孔隙有利于氨氮的轉(zhuǎn)化，但孔隙過(guò)大，效率反而下降。CK的亞硝態(tài)氮僅在前期有少量積累，硝態(tài)氮表現(xiàn)為持續(xù)增加，證明CK中的亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)的生長(zhǎng)未受到有效抑制[11]2275，SND啟動(dòng)失敗。添加陶粒的各組，在第4天后亞硝態(tài)氮開(kāi)始大量積累，硝態(tài)氮在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中未見(jiàn)積累，證明SND反應(yīng)器高效地抑制了NOB 的活性，使氨氧化細(xì)菌(AOB)成為了優(yōu)勢(shì)菌[14]76，SND順利啟動(dòng)。DO濃度的增加與氨氮濃度降低速度基本一致，氨氮濃度降低則DO濃度升高，證明氨氮氧化反應(yīng)是溶液中主要的氧消耗反應(yīng)。

SND反應(yīng)器的作用過(guò)程可以分為3個(gè)階段：(1)氨氮的吸附階段。添加陶粒的各組在第1天時(shí)，氨氮濃度即有大幅度降低，降低幅度與前期陶粒對(duì)氨氮的吸附能力基本一致，此時(shí)硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮均未見(jiàn)顯著積累，可見(jiàn)該階段陶粒對(duì)氨氮的作用以吸附為主。(2)菌群競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)、增殖階段。隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)(2～8 d)，添加陶粒的各組，溶液中DO濃度變化幅度大于亞硝態(tài)氮，此階段可以看作是各種菌群競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)、增殖的時(shí)期。此階段，陶粒的開(kāi)孔孔隙是影響AOB和NOB菌群競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)、增殖的關(guān)鍵，也是SND順利啟動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)期。具有開(kāi)孔孔隙的陶粒允許水流流經(jīng)陶粒內(nèi)部，菌體可在孔隙內(nèi)部大量吸附、生長(zhǎng)并增殖，通過(guò)菌體生長(zhǎng)和氨氮的氧化作用消耗氧，在微孔中形成DO梯度，由于AOB和NOB的氧親和常數(shù)不同 (分別為0.3～0.5、0.7～1.8 mg/L[20-21])，厭氧微環(huán)境的形成抑制了NOB 的活性，使AOB成為了優(yōu)勢(shì)菌[10]31；未添加紙纖維的普通陶粒，只是利用表面的微孔，因此對(duì)菌群的篩選作用不強(qiáng)；添加紙纖維的陶粒，隨著紙纖維添加量的增加，AOB形成優(yōu)勢(shì)菌所經(jīng)歷時(shí)間愈長(zhǎng)(添加1.5%、2.5%、3.5%的紙纖維燒蝕陶粒，亞硝態(tài)氮開(kāi)始積累的時(shí)間分別為2、6、10 d)；CK中由于水流循環(huán)過(guò)程的增氧作用，溶液中保持了較高的DO濃度，NOB的作用一直占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致SND啟動(dòng)失敗。(3)亞硝態(tài)氮的積累與分解階段。此階段AOB和NOB菌群基本完成增殖過(guò)程，且AOB成為了優(yōu)勢(shì)菌，氨氮濃度迅速降低，亞硝態(tài)氮大量積累并被反硝化細(xì)菌分解。由于陶粒對(duì)氨氮具有較強(qiáng)的吸附能力，因此亞硝態(tài)氮積累的峰值比氨氮濃度降至最低的時(shí)間滯后2～3 d。

2.4 陶粒的再生

對(duì)用大腸桿菌模擬掛膜的陶粒，105 ℃烘干后測(cè)定其吸水率，添加1.5%、2.5%、3.5%紙纖維所制陶粒的吸水率與掛膜前相比分別下降了47.2%、42.6%和36.1%。將掛膜后的陶粒在400 ℃煅燒40 min進(jìn)行再生，測(cè)定再生陶粒的吸水率、比表面積及對(duì)氨氮的吸附能力。添加1.5%、2.5%、3.5%紙纖維所制陶粒的吸水率分別恢復(fù)到89.7%、93.2%和94.3%，比表面積與掛膜前相比恢復(fù)到95.2%、97.4%和101.3%，對(duì)氨氮的吸附能力恢復(fù)到90.1%、97.4%、106.8%。陶粒的剛性結(jié)構(gòu)和耐高溫的特點(diǎn)，決定了其良好的再生性能，添加紙纖維的量越大，再生陶粒的吸水率、比表面積及對(duì)氨氮的吸附能力恢復(fù)得也越好。

3 結(jié) 論

(1) 通過(guò)在陶土中添加1.5%的紙纖維，900 ℃燒蝕6 h，可制得內(nèi)部具有開(kāi)孔孔隙結(jié)構(gòu)的多孔陶粒；利用該陶粒構(gòu)建SND反應(yīng)器，在常規(guī)淡水養(yǎng)殖條件下，可順利啟動(dòng)SND反應(yīng)，氨氮初始質(zhì)量濃度為15 mg/L時(shí)，2 d時(shí)亞硝態(tài)氮開(kāi)始顯著積累，6 d時(shí)氨氮濃度可降至檢測(cè)限以下；添加紙纖維的陶粒經(jīng)燒蝕后內(nèi)部形成大量具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的孔隙，使其在SND反應(yīng)過(guò)程中比普通陶粒更容易形成好氧/厭氧的微環(huán)境，同時(shí)內(nèi)部具有更大的有效比表面積，從而有利于對(duì)NOB的抑制，提高SND的反應(yīng)效率；但隨著紙纖維添加量的增加，燒蝕后陶粒內(nèi)部孔隙增大，導(dǎo)致內(nèi)部孔隙的DO梯度變小，溶液DO濃度增加，從而使AOB成為優(yōu)勢(shì)菌；陶粒表面具有豐富的Si—O—Si官能團(tuán)，將使陶粒表現(xiàn)出一定表面負(fù)電性，對(duì)溶液中氨氮有選擇吸附的能力，在SND反應(yīng)過(guò)程中可有效增加微生物表面的氨氮濃度，從而提高SND反應(yīng)效率。

(2) 紙纖維的摻入，使陶粒內(nèi)部微孔表面呈現(xiàn)高度不均勻，以至于所制陶粒對(duì)氨氮吸附不再適合于Langmuir模型；該陶粒對(duì)氨氮的吸附親和力不高，容易解吸附，這對(duì)SND反應(yīng)有利。

(3) 所制陶粒具備良好的再生性能，400 ℃煅燒40 min，吸水率、比表面積及對(duì)氨氮的吸附能力基本可恢復(fù)到90%以上。