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目前，中国水环境治理已初见成效。开发低成本、高效、灵活、管理方便的处理设备是当今处理低浓度氨氮废水的热点之一。本次研究针对低浓度废水治理，采用材料加工复合生物处理理论，开发出一种新型的中间镂空（厚1cm/2cm/4cm），用于填充填料的笼式转盘，以期为行业提供一种新的低浓度氨氮治理设备。转笼盘面由2mm不锈钢加工制作，圆孔直径2mm，净间距2mm，开孔比约为40%，水槽由PP板加工制作，未装调料前测得单槽容积为49.6L。经过大量的试验，得出结果如下：
①通过理化试验，测得纳米陶粒的密度和孔隙率分别为1.90kg/m3和50.6%；纳米陶粒在pH=7，反应温度为25℃条件下，纳米陶粒可吸附氨氮和磷，不能吸附葡萄糖，吸附容量分别为1.52mgNH3-N/g和1.14mgP/g；从二者的吸附等温线发现约4h达到次高峰，随后吸附曲线变得平缓，单位吸附量增长不明显；同时，对吸附剂投加量单一变量而言，随着初始氨氮浓度的增加，单位吸附量呈斜直线上升；对氨氮初始浓度单一变量而言，纳米陶粒单位吸附量与投加量呈线性关系。
②利用Langmuir和Freundlich模型对纳米陶粒吸附氨氮和磷的数据进行拟合，结果表明，等温吸附更符合Freundlich模型理论；纳米陶粒对氨氮和磷的解吸略有不同，氨氮解析率在30%左右，说明其吸附作用主要是通过离子交换；磷的解析在40%~50%间，说明离子交换作用和物理吸附作用大致相当；在氯化铵初始浓度为100mg/L、磷初始浓度为20mg/L时，解析率明显偏高，说明纳米陶粒吸附作用在较高浓度时，物理吸附占优。
③利用准一级动力学模型和准二级动力学模型拟合吸附氨氮和磷，准二级动力学模型拟合所得到的吸附量与实测值高度接近，其R2N≥0.9408和R2P≥0.9600，说明准二级动力学模型能更加准确地纳米陶粒对氨氮和磷的吸附动力学机制和影响其吸附速率的主要因素是化学吸附；利用颗粒内扩散方程对动力学数据进行拟合，结果表明，氨氮和磷吸附过程大体一致，分为快速吸附阶段（2h内）和扩散阶段。
④装置在低温条件下启动，持续观察34天。前22d氨氮去除率出现较大波动，后10d趋于平稳，氨氮去除率在70%附近；在24d以后，COD去除率在70%附近，可初步判定启动成功。根据实验结果，综合认为装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼去除效果相对稳定；混装纳米陶粒和普通陶粒的D（厚）=2cm转笼里两种填料挂膜效果均良好。
⑤通过运行参数单因子实验，发现装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼，在HRT=8h，D（厚）=2cm，转速n=2r/min，淹没度为50%条件下，氨氮的去除效果最好。
⑥取运行参数HRT=4h，淹没度50%，利用填料型生物转笼装置模拟生活污水、低浓度氨氮废水、劣Ⅴ类三种水体的效果试验，结果表明，装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼对三种水体氨氮的降解效果略优于装填普通陶粒的D（厚）=2cm转笼，优于装填纳米陶粒的D（厚）=1cm转笼；氨氮去除率在70%附近。
⑦以生物转盘理论为基础，建立基于纳米陶粒的生物转笼动力学模型公式，发现氨氮和COD的降解呈一级反应。氨氮初始浓度37mg/L~48mg/L，模拟出水浓度10.27mg/L~12.33mg/L，实测8.2mg/L~13.4mg/L；氨氮初始浓度为11.3mg/L~14.3mg/L，模拟出水浓度3.21mg/L~4.15mg/L，实测2.31mg/L~2.68mg/L。模型模拟结果在允许误差范围内。
①通过理化试验，测得纳米陶粒的密度和孔隙率分别为1.90kg/m3和50.6%；纳米陶粒在pH=7，反应温度为25℃条件下，纳米陶粒可吸附氨氮和磷，不能吸附葡萄糖，吸附容量分别为1.52mgNH3-N/g和1.14mgP/g；从二者的吸附等温线发现约4h达到次高峰，随后吸附曲线变得平缓，单位吸附量增长不明显；同时，对吸附剂投加量单一变量而言，随着初始氨氮浓度的增加，单位吸附量呈斜直线上升；对氨氮初始浓度单一变量而言，纳米陶粒单位吸附量与投加量呈线性关系。
②利用Langmuir和Freundlich模型对纳米陶粒吸附氨氮和磷的数据进行拟合，结果表明，等温吸附更符合Freundlich模型理论；纳米陶粒对氨氮和磷的解吸略有不同，氨氮解析率在30%左右，说明其吸附作用主要是通过离子交换；磷的解析在40%~50%间，说明离子交换作用和物理吸附作用大致相当；在氯化铵初始浓度为100mg/L、磷初始浓度为20mg/L时，解析率明显偏高，说明纳米陶粒吸附作用在较高浓度时，物理吸附占优。
③利用准一级动力学模型和准二级动力学模型拟合吸附氨氮和磷，准二级动力学模型拟合所得到的吸附量与实测值高度接近，其R2N≥0.9408和R2P≥0.9600，说明准二级动力学模型能更加准确地纳米陶粒对氨氮和磷的吸附动力学机制和影响其吸附速率的主要因素是化学吸附；利用颗粒内扩散方程对动力学数据进行拟合，结果表明，氨氮和磷吸附过程大体一致，分为快速吸附阶段（2h内）和扩散阶段。
④装置在低温条件下启动，持续观察34天。前22d氨氮去除率出现较大波动，后10d趋于平稳，氨氮去除率在70%附近；在24d以后，COD去除率在70%附近，可初步判定启动成功。根据实验结果，综合认为装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼去除效果相对稳定；混装纳米陶粒和普通陶粒的D（厚）=2cm转笼里两种填料挂膜效果均良好。
⑤通过运行参数单因子实验，发现装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼，在HRT=8h，D（厚）=2cm，转速n=2r/min，淹没度为50%条件下，氨氮的去除效果最好。
⑥取运行参数HRT=4h，淹没度50%，利用填料型生物转笼装置模拟生活污水、低浓度氨氮废水、劣Ⅴ类三种水体的效果试验，结果表明，装填纳米陶粒的D（厚）=2cm转笼对三种水体氨氮的降解效果略优于装填普通陶粒的D（厚）=2cm转笼，优于装填纳米陶粒的D（厚）=1cm转笼；氨氮去除率在70%附近。
⑦以生物转盘理论为基础，建立基于纳米陶粒的生物转笼动力学模型公式，发现氨氮和COD的降解呈一级反应。氨氮初始浓度37mg/L~48mg/L，模拟出水浓度10.27mg/L~12.33mg/L，实测8.2mg/L~13.4mg/L；氨氮初始浓度为11.3mg/L~14.3mg/L，模拟出水浓度3.21mg/L~4.15mg/L，实测2.31mg/L~2.68mg/L。模型模拟结果在允许误差范围内。