用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统及处理方法与流程

本发明涉及废水生物处理技术领域，具体地指一种用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统及处理方法。

背景技术：

我国的水产养殖多以高密度集约工厂化养殖模式进行，此种养殖模式的水体中氨氮、亚硝酸盐氮含量往往严重超标，对水产养殖的发展带来破坏性的影响；最初，为了保持良好的养殖环境，养殖者增加了换水频率，这不仅浪费水资源，直接排放的废水还危及周围的水生态环境。

对养殖废水进行脱氮的两类主要方法中，生物脱氮法相对于物理化学法具有费用低、不产生二次污染、不破坏养殖生态平衡的优点，是处理养殖废水的优选方法；目前，传统的以硝化/反硝化为核心的生物脱氮工艺已经得到广泛的应用，如申请公布号为cn105692900a的中国发明专利公开了一种短程硝化-反硝化间歇曝气序批式生物反应装置及处理高氨氮污水的方法，实现了高氨氮污水的高效处理，降低污水的氮、磷含量。

然而，水产养殖废水大多具有低碳氮比的特性，特别是温室甲鱼养殖废水，70%以上的水样其碳氮比小于2。研究表明，在低碳氮比的条件下，传统工艺的氮素去除率显著降低，需要对工艺进行改进以保证脱氮效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统及废水处理方法，适用于碳氮比（c/n，c以cod计）较低的水产养殖废水处理，其氨氮、亚硝酸盐氮及总氮的去除率基本可保持在90%以上。

为实现上述目的，本发明所设计的一种用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统，用来处理水产养殖废水，包括连接在一起的硝化装置和反硝化装置、废水储存装置、用于连通的管路以及使废水在上述装置中循环流动的循环泵，废水先流经所述硝化装置，再流经所述反硝化装置；所述硝化装置由硝化格栅组合而成，所述硝化格栅内填充有硝化填料，所述反硝化装置由反硝化格栅组合而成，所述反硝化格栅内填充有固相碳源填料。

硝化填料用于提供硝化细菌附着面，促进其富集和生长，成为硝化细菌转化氨氮类物质的“硝化场”，通常而言，其表面积愈大愈好；固相碳源填料对于低碳氮比养殖废水的反硝化脱氮至关重要，能够为反硝化细菌提供所需要的碳源，增强氮素的去除效率。

作为上述技术方案的优选，所述硝化填料为若干个悬浮填料，所述悬浮填料包括若干同圆心的圆圈和连接所述圆圈的连接部，其为中空结构，在水流及曝气的作用下，处于悬浮流化状态。作为上述技术方案的优选，所述硝化填料为悬挂在所述硝化格栅内的弹性填料，所述弹性填料的四周设置有延伸出来的若干分支。

悬浮填料的比表面积﹥100m²/m³，为大量微生物附着生长提供了空间，特别是为自养型、附着成长特性的硝化细菌的生长创造了条件。同时，填料的易流化，增加了对气泡的撞击和切割，提高了氧的利用率，使微生物处于高活性的对数增长期，提高了有机物的去除及氨氮等物质的转化效率。

悬挂的弹性填料具有一体化的特点，其装卸方便快捷，填料本身比表面积大，微生物附着空间大，易挂膜，其分支能长期在水中保持辐射状张展，对上升气泡的切割性能好，提高了氧的转移速率和利用率，有利于硝化反应的进行。

作为上述技术方案的优选，所述硝化格栅和所述反硝化格栅均由交错设置的上开口格栅和下开口格栅组合而成，所述上开口格栅的底部封死，上端的水平位置较所述下开口格栅的上端低；所述下开口格栅底部开口，上端的水平位置较所述上开口格栅的上端高。

如此设置的目的在于延长养殖废水的流动路径和停留时间，使得养殖废水中的硝化及反硝化反应得以充分进行，提高了氮素的去除效率。

作为上述技术方案的优选，所述固相碳源填料为phbv材料制成的圆柱状颗粒。

甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖也可作为碳源，但其容易出现投加量不足或过量的情况，脱氮效果不稳定，维护麻烦；一些天然的固相碳源，如：秸秆。树皮、芦苇等价格低廉，但其降解时会产生大量的氨，并伴随有出水颜色加深的环境污染问题。

phvb(聚羟基丁酸戊酸酯)是利用生物发酵工程获得的有机高分子聚合物。它是微生物在非平衡状态下(如缺乏氮、磷)，把某些有机化合物作为自己的能量和碳源储存在体内而生成的脂肪族聚合物，本质上是微生物生长中的能源储备物质。由于phbv可以以各种有机物如淀粉糖、食品工业废物、废弃水果、蔬菜、植物残骸等为原料，因而具有广泛的来源。phbv具有较好的生物降解性，在微生物酶的作用下而降解、释放碳源。

当水体中氮的浓度较高时，反硝化细菌活跃，降解phbv相关的酶的量相对增加，释放的碳源就比较多；随着氮的浓度的下降，反消化细菌的活性降低，相关酶的量随之下降，碳源的释放也会相应降低。因此，phbv不仅为生物脱氮提供了连续的碳源，而且作为一种缓释碳源，其降解速率可随环境的变化做出相应的调节，不会因释放过量的有机碳而使水质恶化。一方面，phbv作为固相基质有利于生物膜的形成，另一方面，反硝化脱氮运行过程中，不需要频繁维护，只需要按时添加或更换碳源，周期可以年计，这在相当程度上简化了控制工艺和运营成本。实际使用时，将phvb制成的固相碳源填料分装于网袋中，再投放至反硝化格栅中即可。

作为上述技术方案的优选，所述反硝化装置的出口端设置有取水口。

作为上述技术方案的优选，所述硝化装置的硝化格栅内设置有曝气装置。

作为上述技术方案的优选，所述硝化装置和所述反硝化装置之间设置有降氧装置，所述降氧装置包括若干个格栅，所述格栅内无填料。

降氧装置设置的目的是降低水体中的溶解氧，硝化装置的曝气使得料液中溶解氧量增高，会抑制反硝化装置的反应，进而降低脱氮效率。

一种废水处理方法，包括如下步骤：

①微生物挂膜：在处理系统中注入养殖废水，并开启循环泵使得处理系统处于运行状态，保持运行环境温度为25~30℃，每3天更换一半的养殖废水，隔天取水样检测其nh4-n、no2-n及tn的浓度，上述物质的浓度稳定后即挂膜完成；

②循环处理：注入待处理的养殖废水，在处理系统内循环处理，通过设置循环泵的流量将养殖废水的循环周期控制在8小时，处理后将养殖废水排出；

③重复：重复步骤②即可。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）该废水处理系统及废水处理方法适用于碳氮比较低的水产养殖废水处理，能够在填料上生成细菌群落构成的生物膜，其氨氮、亚硝酸盐氮及总氮的去除率基本可保持在90%以上；

本申请应用miseq高通量测序技术对硝化装置内填料上的的生物膜a和反硝化装置内phbv填料上的生物膜b的细菌群落组成和结构进行了分析，其丰度及多样性指数见下表：

其中，变形菌门是a和b中最主要的菌门，在a样品中为93.26%，b中为65.68%。硝化螺菌门是a中特有的优势菌种，厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋体门和绿菌门在两生物膜样品中均有鉴定，但在b中的占比远高于a。

（2）该废水处理系统运行稳定，无二次污染产生；

（3）该废水处理系统维护方便；

（4）该废水处理系统及处理方法操作容易。

附图说明

图1为用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统的结构示意图。

图2为上开口格栅和下开口格栅形成的养殖废水流动通道结构示意图。

图3为悬浮填料结构示意图。

图4为弹性填料结构示意图。

图5为实施例3所述微生物挂膜阶段各物质浓度及ph值随时间的变化趋势图；

图6为实施例3所述处理过程中含氮物质浓度及ph值随时间的变化趋势图；

图7为实施例4所述处理过程中含氮物质浓度及ph值随时间的变化趋势图；

图中：硝化装置1、硝化格栅11、硝化填料12、悬浮填料12-a、弹性填料12-b、反硝化装置2、反硝化格栅21、固相碳源填料22、取水口23、上开口格栅a、下开口格栅b、废水储存装置3、管路4、循环泵5、曝气装置6、降氧装置7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：参考图1~图3，用于低碳氮比水产养殖废水的处理系统，包括依次设置的的硝化装置1、降氧装置7和反硝化装置2、废水储存装置3、用于连通的管路4以及使废水在上述装置中循环流动的循环泵5，还包括设置在所述硝化装置1的硝化格栅11内的曝气装置6，废水先流经所述硝化装置1，再流经所述反硝化装置2；

所述硝化装置1由硝化格栅11组合而成，所述硝化格栅11内填充有硝化填料12，所述硝化填料12为若干个悬浮填料12-a，所述悬浮填料12-a包括若干同圆心的圆圈和连接所述圆圈的连接部；

所述反硝化装置2由反硝化格栅21组合而成，所述反硝化格栅21内填充有固相碳源填料22，所述固相碳源填料22为phbv材料制成的圆柱状颗粒，所述反硝化装置2的出口端设置有取水口23；

所述降氧装置7包括四个格栅，其内不设置填料。

所述硝化格栅11和所述反硝化格栅21均由交错设置的上开口格栅a和下开口格栅b组合而成，所述上开口格栅a的底部封死，上端的水平位置较所述下开口格栅b的上端低；所述下开口格栅b底部开口，上端的水平位置较所述上开口格栅a的上端高。

实施例2：参考图1、图2和图4，与实施例1的不同之处在于：所述硝化填料12为悬挂在所述硝化格栅11内的弹性填料12-b，所述弹性填料12-b的四周设置有延伸出来的若干分支。

实施例3：参考表1，参考图5、图6，一种水产养殖废水处理方法，用于处理甲鱼养殖废水，包括如下步骤：

①微生物挂膜：在处理系统中注入养殖废水，并开启循环泵使得处理系统处于运行状态，调节循环泵使得养殖废水每24小时循环一次，保持运行环境温度为25~30℃，每3天更换一半的养殖废水，隔天取水样测定其nh4-n、no2-n及tn的浓度，上述物质的浓度稳定后即挂膜完成，此过程持续了4周，最终测得水体的nh4-n、no2-n及tn的数值分别稳定在1.0~1.4mg/l，0.05~0.07mg/l，12~15mg/l，ph值为7.2~7.5；

②循环处理：注入待处理的养殖废水，在处理系统内循环处理，通过设置循环泵的流量将养殖废水的循环周期控制在8小时，处理96小时后将处理后的养殖废水排出；

③重复：重复步骤②即可。

甲鱼养殖废水的nh4-n、no2-n及tn的含量分别降至1.2mg/l，0.05mg/l，2.0mg/l，氨氮、亚硝氮及总氮的去除率分别为97.58%、97.02%和98.43%。

表1实施例3及实施例4待处理废水的水质

实施例4：参考表1、图7，一种水产养殖废水处理方法，用于处理南美对虾养殖废水，包括如下步骤：

①微生物挂膜：采用实施例3所用处理系统，已经完成挂膜，本实施例不再重复进行挂膜；

②循环处理：注入待处理的南美对虾养殖废水，在处理系统内循环处理，通过设置循环泵的流量将养殖废水的循环周期控制在8小时，处理48小时后将处理后的养殖废水排出；

③重复：重复步骤②即可。

南美对虾养殖废水的nh4-n、no2-n及tn的含量分别降至0.36mg/l，0.02mg/l，1.2mg/l，氨氮、亚硝氮及总氮的去除率分别为90.24%、98.60%和90.4%。

实施例3和实施例4此后处理其他类型的养殖废水时，不局限于本类型的养殖废水，且无需重复微生物挂膜步骤。