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人工浮床技术是一种传统的应用非常广泛的生物-生态修复技术，在城市河道水体修复中，曝气技术与人工浮床的组合工艺应用非常普遍，但是传统曝气技术存在增氧效率低、能耗高等缺点，微纳米曝气作为一种新型的曝气技术，对比传统曝气技术具有效率高、充氧能力强的优势，但对于微纳米曝气与人工浮床的结合工艺仍尚待研究，因此本文将微纳米曝气技术与碳纤维人工浮床技术耦合，达到用微纳米曝气技术强化碳纤维浮床对城市水体处理的目的。本课题来源于北京市科委重点项目，结合了“大兴区新凤河南湖路桥至孙村闸水质改善项目”，通过对新型生态浮床组合工艺的小试实验，为其在工程项目中的应用实施提供理论依据与数据支撑。本文首先对这一组合工艺与传统曝气强化人工浮床组合工艺的启动情况和水处理效果进行对比，再对微纳米曝气人工浮床组合工艺的工艺参数进行优化和筛选;最后研究了微生物制剂BABRC-1的添加对浮床反应器出水效果和浮床碳纤维填料表面微生物群落结构变化。 经过44 d连续稳定运行，微纳米曝气浮床系统出水CODCr、氨氮去除率均达到60％以上，表明浮床反应器启动成功。经过一段时期的稳定运行，微纳米曝气浮床反应器出水CODCr、氨氮、TP平均浓度为63.36mg·L-1、24.49mg·L-1、1.41mg·L-1，去除率分别达到71.35％、71.08％和44.38％。而传统曝气人工浮床反应器启动成功经历了38d左右，比微纳米曝气浮床反应器晚了大约6d。反应器启动过程表明，微纳米曝气碳纤维浮床反应器对模拟河道水质中CODCr、氨氮、TP均有更好的去除效果，挂膜启动更迅速。 在微纳米曝气浮床反应器工艺参数优化实验中，首先研究了进水污染浓度负荷变化对浮床系统水处理效果影响，该实验结果表明，反应器出水CODCr和TP去除率随着进水污染浓度负荷下降而出现明显下降，而出水氨氮去除率随着进水浓度负荷下降逐渐上升。分析对比高中低三种浓度负荷条件下微纳米曝气浮床系统均有很好的水处理效果，其中高浓度进水水质CODCr、氨氮、TP平均浓度分别为101.64mg·L-1、36.00mg·L-1、2.02mg·L-1，平均去除率分别为90.24％、91.54％、48.34％。但结合实际考察河道排污口水体化学需氧量较高的情况，因此，本实验中选用高浓度负荷水体作为考察浮床反应器水处理效果的实验用水。 HRT变化对浮床系统水处理效果影响实验结果表明，微纳米曝气浮床反应器出水水质受HRT的变化影响比较明显，随着HRT的不断提高，浮床系统CODCr去除率先增加后趋于平缓，水体中氨氮去除率呈现缓慢上升趋势;TP去除率则不断提高。当HRT为1d时，浮床系统对CODCr、氨氮、TP各水质指标的去除率基本达到较高的水平，分别为85.1％、71.2％、43.5％。综上所述可知，选择HRT为1d对微纳米曝气浮床反应器的稳定高效运行更适合。 气水比条件优化实验中，发现浮床系统对CODCr和TP的去除率随着气水比的增加先上升后下降，气水比为4∶1时，TP去除率取得最大值为46.7％。在气水比为4∶1和6∶1时，CODCr均保持较高的去除率，进一步上升的时候，去除率出现下降。而氨氮的去除率随气水比的增加先上升后趋于平稳，气水比为4∶1时，去除率为92.1％，之后随着气水比的增加氨氮去除率并没有明显的变化，同时考虑到提高气水比大大增加了能耗，因此微纳米曝气浮床反应器的稳定高效运行最佳气水比条件为4∶1。 考察了间歇曝气不同时间段对反应器出水效果的影响，对比8h（每天0:00-8:00），16h（每天16:00-次日8:00）和连续曝气三个时间条件。实验结果表明，微纳米曝气浮床反应器水处理效果受曝气时间影响非常明显，反应器出水CODCr、氨氮和TP去除率随着曝气时间延长而逐渐增加，其中间歇曝气时间为16h时，各项污染物指标CODCr、氨氮和TP的去除率分别达到78.56％、61.44％和45.15％，浮床系统去污能力良好，并且在能耗方面相比连续曝气可以节约33％左右，因此认为间歇曝气16h在实际工程中具有一定可行性。 微生物制剂BABRC-1的水处理效果强化研究中表明，在菌剂投加比例为8g·m-3时，微纳米曝气浮床反应器对CODCr、氨氮去除率提升较大，分别达到95.61％、96.42％，对TP去除率基本没有明显的影响。分析了微生物制剂BABRC-1投加前后对碳纤维填料表面微生物群落结构和组成。发现Pseudoxanthomonas（假黄色单胞菌属）、Ottowia、Flavobacterium（黄杆菌属）等脱氮菌属丰度明显提高，因此进一步说明了微生物制剂对水中氨氮去除率有增强的作用。