1.4 造纸白泥陶瓷滤料在污水处理中的潜在应用

污水中含有的氮元素通常由有机氮（包括氨基、硝基化合物等）和无机氮（铵氮、氨、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等），通常把以游离态和铵盐形式存在于水体中的氮称为氨氮（NH4+-N），污水中的氨氮含量是评估污水性质的重要指标之一[11]。

图1.2 生物脱氮流程图

图1.2展现的是通过生物法去除水中氮的原理，分为三个阶段：氨化、硝化、反硝化[12]。其中氨化是指微生物将水中有机氮转化为氨氮的过程；硝化是指在氨氮有氧条件下氧化为硝态氮

（NO3-N）的过程，反应包括亚硝酸菌（Nitrosomonas）将氨氮氧化为亚硝态氮（NO2-N）（step

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1）和硝酸菌（Nitrobacter）将亚硝态氮进一步氧化成硝态氮（NO3--N）两个阶段，反应过程如下（1.1）、（1.2）式：

2NH4++3O2→2NO-+2H2O+4H+（1.1）

NO2-+0.5O2→NO （1.2）

而反硝化是指在厌氧或缺氧条件下，硝态氮及其他氮氧化物作为电子受体被还原为氮气或氮的其他气态氧化物的过程，如（1.3）、（1.4）所示：

NO2+3H（电子供体有机物）→0.5N2+H2O（1.3）

NO3-+5H（电子供体有机物）→0.5N2+H2O（1.4）

BAF（曝气生物反应池），利用微生物的硝化与反硝化作用，处理污水中的氨氮[13]。使用生物进行污水处理时，硝化细菌的生长繁殖需要适当的酸碱环境以完成氨化反应去除污水中的氨氮，一般认为最佳水环境pH值为7-8。微污染的污水中，pH值一般均处于适宜的范围，然而如式（1.1）、（1.2）所示，反应过程会产生氢离子使污水偏酸性，同时降低硝化反应效率。实际工艺中，一般需要加入特定的维持剂以中和反应产生的酸度，维持pH稳定，提高硝化效率，但是成本也会因此提高，同时处理产物可能会造成二次污染。

造纸白泥陶瓷滤料自身碱性较强并且具有供碱性能，在水环境中可以释OH-，中和反应中的H+，调节pH值，维持水环境稳定从而维持硝化反应的不断进行。另外，造纸白泥所制陶瓷滤料具有粗糙表面并且孔隙丰富，适宜微生物的附着和生长，有利于生物膜的形成，适宜于作为污水处理中微生物繁殖和反应的介质。

1.5 本课题研究内容

本课题以苛化造纸白泥为主要研究对象，对造纸白泥制备多孔陶瓷滤料进行研究，并将其应用于曝气生物滤池进行污水处理。本课题主要包括以下内容：

1)制备以造纸白泥、粉煤灰为主要原料，通过加入适当的添加剂，控制合理的工艺参数，具有一定强度的造纸白泥陶瓷滤料，研究其物理化学性质。通过静态浸出实验，在不同时间间隔下取样，分析溶液中的Ca2+浓度和pH值，表征滤料的供碱释钙性能。

2)研究不同配方、制备工艺对于陶瓷滤料的包括力学性能在内的各项指标的影响程度。通过测定不同制备工艺下的陶瓷滤料的表观密度，堆积密度，水吸附性能以及筒压强度来研究制备工艺对于陶瓷滤料性质的影响。

3)在曝气生物滤池反应器中放入新工艺制作的梯度型造纸白泥陶瓷滤料，进行微生物接种，挂膜完成后加入模拟污水（高氨氮浓度反应液），在反应器运行期间分析进出水中各种形式的氮浓度以及pH值变化，对滤料进行分析。

4)设立与水热滤料对照组，进行造纸白泥滤料和水热滤料在氨氮去除以及供碱释钙方面的对比试验，期间各实验条件如温度、进气量和进水速率等完全相同。通过对比梯度型造纸白泥陶瓷滤料、水热滤料和既有的旧型造纸白泥陶瓷滤料，判断不同的配方、制备工艺对于造纸白泥滤料性质的影响。