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随着水体富营养化现象的加剧，蓝藻水华特别是微囊藻水华引起的藻毒素污染问题对饮用水安全的威胁越来越大。为保障饮用水安全，迫切需要一种快速、有效处理微囊藻藻华水体的技术。本文在实验室已有基础上进行改进设计一种自然曝气生物滤床，探讨其处理微囊藻藻华水体的可行性，并研究填料、水力负荷(HLR)和进水条件等因素对去除效果的影响，筛选出净化效果最佳的运行条件，为实际运用中参数的设计、优化和装置运行提供理论参考，主要得到以下结果：1.曝气生物滤床本质是利用填料上生物膜内各种微生物的代谢活动来去除污染物质，达到水质净化目的。为此，本章通过NaCl示踪法、扫描电镜和最大自然数法分析考察自然曝气生物滤床挂膜启动阶段，不同HLR下污染物在沸石生物滤床中的水力停留时间（HRT）以及填料表面生物膜以及微生物组成差异，探讨滤床生物净化功能。结果表明，在滤床运行初期，当HLR为1.5m/d时，滤床对各污染物的去除效果最好，TN、NH4+-N、COD及Chl a的去除负荷分别为1.08、1.30、3.36和26.02g/(m2·d)；随着HLR的增大，异养细菌所占的比例从7.0%增加到98.4%，自养细菌所占的比例从93%下降到1.6%，填料表面的生物膜及菌丝体结构也随着HLR的增加而增多；HRT与HLR之间呈显著的负相关关系，沸石生物滤床HLR与HRT的经验公式为：HRT=21.04/L0.52。2.通过研究陶粒、火山石和沸石三种填料滤床在不同HLR以及进水条件下对LR型微囊藻毒素（MC-LR）的去除效果可知，自然曝气生物滤床具有去除MC-LR的可行性，去除效果受填料种类、HLR和MC-LR进水浓度影响显著（p<0.05）；陶粒、火山石和沸石三种填料滤床对MC-LR的去除负荷随着HLR和进水浓度的增大而增大，其中火山石滤床对的去除效果优于陶粒和沸石滤床，当HLR为7.50m3/(m2·d)、进水浓度为4.0μg/L时的去除负荷最高，火山石滤床对MC-LR的去除负荷达17.26μg/(m2·d)，而三种填料滤床对MC-LR的去除率则随着HLR和进水浓度的增大而减小，其中火山石滤床对MC-LR的去除率也要优于陶粒和沸石滤床，当HLR为3.75m/d、进水浓度为0.5μg/L时火山石滤床中对MC-LR的去除率最高，为81.7%。此外，当MC-LR进水浓度高于0.5μg/L时，三种滤床出水都具有直接（>1.0μg/L）或潜在的危害(>0.3μg/L)，而不同填料种类、HLR和MC-LR进水浓度下MC-LR在滤床中的去除负荷都和填料层高度呈线性关系，因此可以根据线性拟合结果对滤床加以改进。上述结果表明，火山石滤床对MC-LR的去除效果最好，而水力负荷则应根据进入滤床的底物浓度所需要达到的底物去除负荷或去除率来确定。3.通过研究自然曝气生物滤床开展对广东长潭水库微囊藻藻华水体中MC-LR、叶绿素a（Chl a）、悬浮物（SS）、总COD（TCOD）及可溶性COD (SCOD)等污染物的去除效果研究，以进一步验证其作为处理微囊藻藻华水体技术的可行性，得出以下结论：总体来看，填料和HLR对Chl a、SS、COD和SS的去除有显著影响（p<0.05）；HLR为3.75m/d时三种滤床对各污染物去除效率显著高于HLR为7.50m/d时的去除效率。当HLR为3.75m/d、填料为火山石时，生物滤床对微囊藻藻华水体的净化效果最好，对MC-LR，Chl a，SS，TCOD和SCOD的去除率分别达到为69.1%，72.3%，64.2%，33.8%和23.2%。上述结果表明，自然曝气生物滤床对微囊藻藻华水体中MC-LR、Chl a、SS和COD均有很好的去除效率，具有处理微囊藻藻华水体的可行性。此外，MC-LR和Chl a以及SS有显著的正相关性，和DO值有显著的负相关性，和TCOD及SCOD没有相关性。这说明水体中MC-LR含量和藻体数量有关，而且自然曝气生物滤床有着良好的复氧效果，有机物的存在并不会抑制滤床中MC-LR的去除。4.通过Langmuir-Freundlich等温线模型拟合陶粒，火山石以及沸石三种填料在挂膜，灭活以及未挂膜情况下吸附MC-LR的动力学情况，探讨MC-LR在滤床中的去除途径，主要有以下结论：吸附动力学试验中，吸附平衡至吸附24h这段时间内，三种灭活填料溶液中MC-LR的含量没有显著性差异，而挂膜情况下的陶粒和火山石则有显著性差异，分别减少了0.15、0.11mg/L，沸石虽然没有显著性差异，但也减少了0.03mg/L。这表明生物滤床运行初期，主要通过吸附作用去除MC-LR，而生物膜成熟后，主要通过填料吸附和微生物降解的双重作用去除MC-LR，同时微生物降解的作用使吸附饱和的滤料得到一定程度的再生。在吸附等温线试验中，陶粒，火山石以及沸石三种填料在挂膜情况下对MC-LR的饱和吸附量要高于灭活及未挂膜情况下的饱和吸附量，分别为11.91，8.98和5.21mg/g，并且随着MC-LR浓度的增大，等温线也趋于平缓，吸附量随之增加；单位质量填料对MC-LR的吸附量为陶粒>火山石>沸石，但是单位体积填料对MC-LR的吸附量为火山石（8.35mg/cm3）>沸石（6.67mg/cm3）>陶粒（4.65mg/cm3），验证了三种填料中火山石最适合作为自然曝气生物滤床去除MC-LR的填充填料。