一种生物絮团水产养殖脱氮废水的硝化作用构建与水体重复使用方法与流程

本发明属于水产养殖领域，具体涉及一种生物絮团水产养殖脱氮废水的硝化作用构建与水体重复使用方法。
背景技术：
：环境问题和有限的自然资源对水产养殖技术和水处理技术提出了更高的要求。在没有强烈光照的室内集约化水产养殖系统中，养殖过程中产生的氨氮主要通过两条途径进行转换：1)微生物通过同化作用将氨氮转换为自身的生物量和有机氮；2)硝化细菌通过自养硝化作用将氨氮最终地氧化为硝态氮。研究表明，运用生物絮团技术(biofloctechnology,bft)进行集约化水产养殖，即使在大量添加碳源、异养同化作用为主的条件下，硝化作用仍然经常发生。为了充分地利用bft养殖系统中的自养硝化作用，较少或者不额外添加碳源的硝化型bft养殖系统被不断地报道和应用。在硝化型bft养殖系统中，硝态氮浓度在养殖过程中不断地快速升高；养殖结束后，可以通过提供厌氧环境和投加碳源，对养殖废水进行异养反硝化脱氮处理。研究表明，在脱氮处理后的生物絮团养殖废水中，硝化细菌的相对丰度和相关功能基因拷贝数均已降至极低水平，即水体的硝化作用已经不足。经过脱氮处理后的生物絮团养殖废水，虽然硝态氮浓度较低，但是仍然含有一定浓度的其它环境有害物质，如果被排放进入外部环境中，会对环境保护产生危害，同时也是对水资源的一种浪费。为实现水产养殖废水的处理和重复使用，现有技术主要通过各类生物反应器和水处理设备，对养殖废水进行处理，水体被处理后重新泵回水产养殖池，如此构成一类常见的循环水养殖系统，实现养殖水体的重复使用。该类技术和反应器的种类较为成熟和丰富，如《闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的增氧效果》(《农业工程学报》，2014，30(06):147-152)一文中记载的闭合循环水产养殖中试系统工艺流程图。但是，上述的水处理生物反应器、设备和水产养殖用水重复使用的工艺方法，涉及的设备种类复杂、能耗高、管理技术要求高，构建一套水体重复使用的循环水养殖系统成本较高。基于上述技术分析，如果能够将脱氮处理后的生物絮团养殖废水再次实现基于硝化作用的水处理功能，那么水体将可以重新用作硝化型bft养殖系统，在多个水产养殖周期之间实现养殖用水的重复使用，有利于环境保护和节约水资源。技术实现要素：针对经过脱氮处理的生物絮团水产养殖废水，本发明提供一种生物絮团水产养殖脱氮废水的硝化作用构建与水体重复使用方法，实现养殖用水的重复使用、环境保护和节约水资源。该方法无需专用的生物脱氮反应器，设备及环境要求低，操作简便，易于控制及实现，无需特殊前处理和/或前期培养，降低成本，提高效益。本发明的技术方案为，一种生物絮团水产养殖脱氮废水的硝化作用构建与水体重复使用方法，步骤包括：(1)硝化作用构建：经过脱氮处理的生物絮团水产养殖废水，在3mg/l以上溶解氧浓度的条件下，保持搅拌的浑浊状态，直至水体中氨氮浓度和亚硝氮浓度均降至0.1mg/l以下，使其完成硝化作用的构建；(2)自然沉淀：静置已经完成硝化作用构建的水体，使生物絮团自然沉淀；(3)水体转移及养殖：水体与生物絮团沉淀分离后，在5mg/l以上溶解氧浓度的条件下，放养水产动物。水产动物养殖的生物絮团养殖废水在完成脱氮处理后，经过硝化作用构建、自然沉淀及水体转移后，可再次用于水产动物的养殖，实现水产养殖水体的重复循环使用。步骤(1)，硝化作用构建水温为20℃～33℃。步骤(1)，曝气设备提供每立方米水体的曝气量在0.16m3/h以上，优选每立方米水体的曝气量在0.4m3/h以上，以保持3mg/l以上的溶解氧浓度。溶解氧浓度优选为4～6mg/l。步骤(1)，经过硝化作用构建，水体中的氨氮浓度降至0.08mg/l以下，水体中亚硝氮浓度降至0.05mg/l以下。步骤(1)，在转速为200～400rpm的电动搅拌器作用下，保持浑浊状态。步骤(1)，硝化作用构建时间为8～12天，优选为10天。步骤(2)，完成硝化作用构建的水体的静置时间为1.5～3小时，优选为2小时。步骤(2)，完成硝化作用构建的水体进行静置处理，生物絮团自然沉淀至水体中的总悬浮颗粒物浓度(tss)降为50～150mg/l，获得适宜进行水产动物养殖的生物絮团浓度较低的硝化型bft养殖水体。步骤(3)，曝气设备提供每立方米水体的曝气量在0.66m3/h以上，优选每立方米水体的曝气量在2m3/h以上，以保持5mg/l以上溶解氧浓度。溶解氧浓度为5～9mg/l，优选为7.5mg/l。步骤(3)，采用水泵等动力装置将水体转移至另一容器内，实现水体与生物絮团的沉淀分离。所述容器包括养殖池或者与养殖池具有相似盛液功能的容器，如桶、罐或槽等。生物絮团技术(bft)作为一种微生物悬浮生长的水质调控技术，具有自养硝化与异养反硝化处理冲突较小的优点，可以在水体中较为容易地实现硝化作用。经过本发明的技术处理，能够将脱氮处理后的生物絮团养殖废水再次实现基于硝化作用的水处理功能，脱氮后的废水可以重新用作硝化型bft养殖系统，使水处理的微生物与水产养殖动物处于同一空间生长，简单地在多个水产养殖周期之间实现养殖用水的重复使用，有利于环境保护和节约水资源。相对于现有技术，本发明的优点在于：没有使用专用的水处理设备，仅使用类似于水产养殖池的简单容器，在曝气的条件下即可完成对脱氮后废水的再处理，使水体重新成为硝化型bft养殖系统，再次用于水产动物的养殖。经过本发明的技术处理后，水体中对水产动物有害的主要毒性物质(氨氮和亚硝氮)可以持续地被控制在0.1mg/l以下的低浓度水平。如此，本发明通过简单的技术处理方法，即可实现对水产养殖废水的重复使用，对生态环境保护和自然资源的节约都具有重要的意义。附图说明图1为实施例1生物絮团水产养殖脱氮废水的硝化作用构建与水体重复使用工艺流程图。图2为实施例1硝化作用构建过程中氨氮、亚硝氮和硝态氮各自浓度的变化趋势图。图3为实施例1罗非鱼养殖过程中水体内氨氮、亚硝氮和硝态氮各自浓度的变化趋势图。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。实施例1使用硝化型生物絮团技术进行罗非鱼淡水养殖116天，收获罗非鱼后，获得初始水产养殖废水；向每立方米废水中投加1.5kg的一水葡萄糖，脱氮处理8天，获得经过脱氮处理后的生物絮团水产养殖废水。此时，脱氮处理后的废水特征为：总氮103.2mg/l，硝氮4.5mg/l，亚硝氮0.02m/l，氨氮5.4mg/l。随后依次按照图1所示的硝化作用构建、自然沉淀、水体转移、水产动物养殖的方法步骤对经过脱氮处理后的生物絮团水产养殖废水进行硝化作用构建与重复使用：(1)硝化作用构建：使用三个内径为0.45m的圆形水桶，向每个圆形水桶注入60升经过脱氮处理后的生物絮团水产养殖废水；每个圆形水桶设置一个电动搅拌器(转速为240rpm)、曝气石和相应的供气管道，每个圆形水桶(60升水体)曝气的空气流量为0.01m3/h，水体的平均溶解氧浓度为4.6mg/l；对水体进行曝气和搅拌处理10天，水体中的氨氮浓度和亚硝氮浓度先后依次升高，随后伴随着硝态氮的不断升高，氨氮和亚硝氮先后分别降低至0.08mg/l和0.05mg/l，如此完成硝化作用的构建；硝化作用构建过程中，氨氮、亚硝氮和硝态氮各自浓度变化趋势图见图2。(2)自然沉淀：关闭曝气和搅拌设备，使硝化作用构建完成后的水体静置，沉淀2小时，上部水体的tss浓度降为101mg/l，该浓度适合用于水产动物的养殖。(3)水体转移：用水泵将自然沉淀2小时后的上部水体转移到另外三个内径为0.45m的圆形水桶中，如此获得生物絮体浓度较低的硝化型bft养殖水体。(4)水产动物养殖：每个新的圆形水桶中设置一个曝气石和相应的供气管道，每个圆形水桶(60升水体)的曝气量为0.04m3/h，水体的平均溶解氧浓度为7.5mg/l；然后，向每个圆形水桶放养罗非鱼6尾，每日按罗非鱼总重量的2％投喂商品配合饲料，进行养殖；其中，罗非鱼养殖过程中的主要水质情况见图3，罗非鱼生长情况见表1。表1罗非鱼的生长情况初始个体平均重量(g)终末个体平均重量(g)成活率(％)饵料系数养殖时间(天)45.149.71001.47当前第1页12