海水养殖废水生物接触氧化法循环单级生物脱氮廖绍安

全国畜禽水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会海水养殖废水生物接触氧化法循环单级生物脱氮廖绍安’王安利’黄洪辉2郑桂丽3韩舞鹰4(l.华南师范大学环境与生态科学研究中心,广州,510631;(2.中国水产科学院院南海水产研究所,广州,510300;3.sehoolofMedieine,UniversiytofMa甲land,Baltimore,Mn2120一,usA;4.中国科学院南海海洋研究所,510301)摘要:本试验利用在填料上人工接种微生物组成的浸没式生物接触氧化硝化处理系统对养殖废水进行处理,效果良好。在试验水体体积与处理系统体积之比约为10:01的情况下对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮起始浓度分别为4.om留L、l.76m叭、800m岁L、COD含量为16.33m叭的养殖废水处理,发现处理系统中进行着强烈的硝化和反硝化作用,在处理30小时时氨氮浓度下降到0.lm叭并一直保持在0.lm岁L,亚硝酸盐氮浓度48小时内从l.76m叭在前6小时到.224mg/L的短暂上升后持续下降,最低到.022m留L;对硝酸盐氮的反硝化作用能力也很强,48小时的处理结果是硝酸盐氮的浓度从soomg几下降到180mg/L。根据对处理过程中的水质测定,这个试验系统具有单级生物脱氮的能力。关键词:生物接触氧化循环单级生物脱氮在高密度或超高密度水产养殖的水体中氨氮、亚硝酸盐氮等会出现不同程度的积累川,限制单位产量,并且养殖废水的排放也对周边水域造成环境污染l2[,生产每千克对虾排放废弃的氮达到62一3579,生产每千克鱼排放的氮达到g。在在水产养殖中寻求养殖水的循环利用或者进行循环水养殖,不仅可以解决养殖水体中氨氮和亚硝酸盐的积累,同时也避免了养殖废水的排放对周边水域的污染。水产养殖废水的成分不同于工业废水,主要由易降解有机物和营养盐组成,在含量上低于生活污水,属于微污染水,因此处理方法也与工业废水和生活污水的处理不同。无论对工业废水还是生活污水的脱氮处理研究看,目前最先进的是一体化新工艺。所谓一体化脱氮也称为单级脱氮,就是脱氮在同一个生物反应器中完成,主要是利用各种不同生理菌群的微生物有机组合,通过控制反应条件达到脱氮的目的,如短程硝化一反硝化工艺、好氧反氨化工艺以及氧限制自养硝化反硝化工艺等ls1,以及将传统的硝化和反硝化构建在一个生物反应器中。单级脱氮不仅合理利用各类生理菌群的作用达到有效去除废氮的目的,而且与传统多级脱氮工艺比较用地较少,更经济。本实验在预先制备生物膜的基础上构建了生物接触氧化系统,对养殖废水循环单级生物脱氮进行了初步探讨。1材料与方法:1.1生物膜制备:1.1.1菌种。商品名ECOMARINE,片剂,批号川80012,经MPN法检测其氨氮氧化细菌含量约为1c00细g,亚硝酸盐氧化细菌含量约为1osc彻g,反硝化细菌含量约为.70xl夕。细g。1.1.2载体。纤维棉、塑胶、珊瑚砂、瓷环、陶粒。表I所用填料主要参数填填料种类类纤维棉棉塑胶胶珊瑚砂砂瓷环环陶粒粒才才才才/术于弃兰万万夕夕已已④④燕燕燕燕一_六象夕夕夕夕夕比比表面积mZ/m33310244472000650004300053000空空隙率m3/m3330.97770.80000.66660.71110.6333堆堆积重量K留耐耐llll522211200080000740001.1.3接种挂膜全国畜禽水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会向IL消毒废水中加入0.19伽H4)250;和O.05gNNaOZ,将EcOMAIRNE片剂碾碎成粉状,加入其中振荡培养3天,然后将lL培养液转入盛有14L养殖废水的塑料桶中,并向塑料桶中加入N(风)250;和NaN仇。装入载体,载体用量分别是,纤维棉2.odm,、塑胶一0dm,、珊瑚砂一oKg、瓷环一oKg、陶粒o.SKg。前3天微曝气,气水比为3:1,其后加大曝气量,气水比为15:1。挂膜过程中,每天检测一次氨氮和亚硝酸盐浓度,并根据情况适量加入困氏)250;和NaNOZ,提高氨氮和亚硝酸盐浓度。1.2生物接触氧化系统构建及处理效果:1.2.1试验水体:试验水体体积为IM,。试验用水为养殖后的废水,在水体中c0D含量为16.33qmg几,氨氮浓度为.4omg/L、亚硝酸盐浓度为1.76mg/L、pH值为7.55时开始试验。1.2.2处理系统:在养殖废水中接种商品菌ECO一MARINE,然后装入多种填料挂膜。用人工挂膜后的载体堆积成处理系统。挂膜载体填装于大小为填料箱中,填料箱体积为14x15x4c5m,。挂膜载体的填装方式平铺。其安装顺序和厚度说明:自下而上依次为①生化纤维棉cZm,②陶粒cZm,③生化纤维棉3。m,④瓷环和珊瑚砂cZm,⑤塑料载体3cm,⑥生化纤维棉cZm:在第三层与第四层间、第五层与第六层间放置气石,气量分别为30Omls/和45Om比,并且在第五、六层之间平铺ZL没挂膜的珊瑚砂。水循环用气提管和潜水泵,总出水量为25L/min。1.2.3分析方法:系统启动时立即采集水样测氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度和COD含量以及pH值,此后隔6小时或者18小时检测一次以上指标。氨氮用纳氏法测定,亚硝酸氮盐用盐酸一蔡乙二胺法测定,硝酸盐一福还原法,COD用碱性高锰酸钾法测定,pH值用pHS一3C型pH计测。2.试验结果:2.1水体中c0D和pH值的变化图1.是处理过程中水体COD含量变化和pH值变化情况。COD含量在14.51一18.17mg/Lo:之间,在处理过程中COD的变化似乎没有太但是这个变化没有规律,时高时低,这可能是因为养殖箱底部积累了全国畜禽水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会颗粒有机物在曝气时偶尔翻底引起有机物在水体中的分布不均匀而致。pH值在处理过程中变化比较规律,也比较明显。pH值变化有四个比较明显的阶段,在开始的12小时下降较快,其后的18个小时内下降较慢,经过6小时的稳定后又开始上升。.22氨氮和亚硝酸盐氮变化图2.结果显示氨氮持续下降,直到在0.1mgL/的低浓度。氨氮浓度在前期下降较快,下降速率逐渐减慢。开始后的前6小时、第6到第12小时以及第12小时到第30小时内整个水体中氨氮下降速率分别为283m吵、巧om叻、72m岁h,在其后的18小时内氨氮浓度均保持在0.lm留L的低浓度。处理系统填料体积为.945L,与试验水体的体积比约为1:100,处理系统表现出很强的处理能力。亚硝酸盐浓度变化见图2.。试验开始时亚硝酸盐氮的浓度为1.76m叭,经6小时处理,测定结果是2.24m叭,出现上升,这是因为氨氮在不断被氨氮氧化细菌氧化生成亚硝酸盐,而系统中亚硝酸盐氧化细菌处理能力还不够,造成亚硝酸盐的积累。但是在此后的试验期间亚硝酸盐氮的浓度一直下降,平均下降速率约52mg/h。00000自0门自0Oé内了-a,d-ǎ,一\二三)侧遥集赵居4.5厂、:·…\.、..…了酸盐创1.5二、、一“、、、`,一\\=.-。j.。一\、止二上《,一一_一0612182谊3036424854时间/h图2.处理中氨氮和亚硝酸盐浓度变化F19.2Theeoneentrationehangeot.TA、Jnd、02一、duringtreatment时间/h图3.处理过程中水体硝酸盐浓度的变化F193TheeoneentrationehangeofNO,’一Nduringtreatmenr2.3硝酸盐浓度的变化本试验结果同时表明了有反硝化反应存在,并且具有相当强的反硝化能力。除了在第12小时时出现了硝酸盐的上升外,其余时间点测定结果都显示了硝酸盐浓度在不断下降。在第12小时的上升可能与亚硝酸盐转化量高于对硝酸盐的反硝化量而导致了硝酸盐的积累,从而表现出硝酸盐的浓度上升。此后,硝酸盐的浓度一直下降,降低到180m留L。从整个过程看,硝酸盐的浓度从soom叭下降到180m酬L用了48小时,在试验水体体积与处理系统之比约为1000:1的条件下,表现的强烈的反硝化能力对正常养殖水体也是足够的。3讨论:因为高密度的循环水养殖自身的特点,其水处理不能象污水处理那样有长的停留时间,并且养殖水体的自身污染程度也远不及污水严重,污水中的coD甚至高达l000mg几,NH4气N、Noz一的浓度也远高于微污染水1-461。生物接触氧化法处理微污染水较适合,因为载体上形成的生物膜厚度仅有普通生物膜厚度的1/10左右,载体生物膜上传质效果好,溶氧充足vl],也不容易出现严重堵塞问题,耐冲击能力强l8[。另外,一体化处理系统具有流程结构简单、容易操作、成本低、单位体积内处理容量大的特点l9]。结合生物接触氧化法和一体化处理工艺,对水产养殖废水处理或者用于循环水养殖是很好的选择。常用的滴滤法多采用立体结构滤材,成本较高,且占用空间较大[川;生物滤床因容易堵塞需要反冲洗装置11“];生物流化床虽然解决了堵塞问题,但是需要消耗较多的能量le]。无论是从操作还是是成本方面考虑,对水产养殖的这种微污染水处理用生物接触氧化法的一体化工艺比较合适,同时因为在水产养殖中氨氮和亚硝酸盐对养殖对象有较强的毒负作用,预先对处理系统中的填料接种硝化细菌和反硝化细菌,能有效保持养殖水环境中氨氮和亚硝酸盐浓度在安全范围内。本试验的处理系统填料体积为14x15x4c5m3,即9.45x10一3耐,试验水体体积为1耐。循环水流经处理系统过程中氨氮和亚硝酸盐得到有效的转化,氨氮和亚硝酸盐最大下降速率分别为283m留h和全国畜禽水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会153m吵,对硝酸盐也有很强的去除能力。在硝化过程中由于要消耗碱度,水体中pH值会下降,加入的珊瑚砂有一定的调节作用,pH值在.755一7.31之间,在硝化反应适合的pH值范围内。在硝化过程中因硝化细菌的生理特点需要较高的溶解氧浓度、合适的碱度和pH值,通常情况下这三个参数的值在硝化过程中下降,而下降到一定水平后会抑制或减缓硝化反应速率。本系统层状设置气石营造好氧区和缺氧区并存,分别为硝化细菌和反硝化细菌提供了对氧需要的环境,而用珊瑚砂调节此过程中的碱度和pH值,结果说明该系统设置比较科学合理。本装置的脱氮效能需要在循环水养殖系统中进一步实验,优化处理系统的结构和运行参数,养殖密度和单位产量之间的关系,将养殖密度和单位产量提高到合适的水平。参考文献1.杨逸萍,王增焕,孙建,等.精养虾池主要水化学因子变化规律和氮的收支.海洋科学,1999,(l):15一17.2.孙耀,李健,崔毅,等.虾塘新生残饵的N、P营养物溶出速率及其变化规律研究.应用生态学报.1997,8(5):541一544.3.王建龙.生物脱氮新工艺及其技术原理.中国给水排水,2000,16(2):25一28.4.马汉泽,谢可蓉,吴承立等.利用微生物快速挂膜技术治理糖果废水的研究.环境工程,2000,18(2):10一11..5李晓君,尹军,宋铁红.多孔柔性载体处理低浓度污水的效能研究.中国给水排水,1999,巧(7):55一56.6.张文英,袁林江,彭党聪等.下向流内循环生物流化床的生物硝化特性试验研究.西安建筑科技大学学报,2000,32(2):172一174.7.肖羽堂,许建华.生物接触氧化法净化微污染原水的机理研究.环境科学,1999,20(3):85一8.88.陈汉辉,孙国胜.生物接触氧化法处理微污染源水的研究进展与应用.环境污染治理技术与设备,2000,l(3):55一60..9王培风,胡用有,陈英等.一体化生化反应器的应用和发展.中国给水排水,2000,.61.0徐元勤,韩月玲.好氧生物膜滤床去除COD及NH3一N的研究.大连水产学院学报,1997,12(l):45一50.11NijhofM.BaeterialsatrtiifeationandhydarulicloadingeffeestinaPlug一flowmodelfornitrifyingtrieklingifltersaPPliedinreeireulatingifshculutresystems.Aquaeulture,1995,134:49一64.Single