循環(huán)水養(yǎng)殖廢水生物脫氮技術(shù)及其影響因素研究.pdf

1、中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模連續(xù)24年居世界第一位，然而常規(guī)的流水養(yǎng)殖模式在消耗大量水資源的同時(shí)，也帶來(lái)大量的水體污染。循環(huán)水養(yǎng)殖能夠利用物理、生物處理等模塊有效處理養(yǎng)殖出水，使水體循環(huán)利用，在節(jié)約水資源同時(shí)保證食品和環(huán)境安全。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)作為一種高效的硝化反應(yīng)器常作為循環(huán)水養(yǎng)殖的生物過(guò)濾部分，然而該反應(yīng)器在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水脫氮應(yīng)用過(guò)程中還存在啟動(dòng)過(guò)程慢，循環(huán)水系統(tǒng)中氨氮去除速率影響因素研究不足以及硝化產(chǎn)生的硝態(tài)氮去除等問(wèn)題。

2、　　因此，本研究通過(guò)篩選異氧硝化細(xì)菌以強(qiáng)化MBBR啟動(dòng)過(guò)程，進(jìn)一步探明MBBR運(yùn)行過(guò)程中氨氮去除速率影響因素，并結(jié)合固相反硝化技術(shù)去除積累的硝態(tài)氮，最終應(yīng)用于中試錦鯉循環(huán)水養(yǎng)殖中廢水脫氮過(guò)程，為MBBR在淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　篩選獲得了高效異養(yǎng)硝化細(xì)菌并優(yōu)化了其異養(yǎng)硝化培養(yǎng)條件。分離純化了31株異氧硝化細(xì)菌并從中篩選鑒定了一株高效異氧硝化-好氧反硝化菌株-副球菌屬（Paracoccus）N74

3、-1菌株，明確其最適生長(zhǎng)條件為以丁二酸鈉為碳源，溫度為30℃，碳氮比6，pH值為9，該條件下N74-1菌株氨氮去除速率為8.0mg/(Lh);具有好氧反硝化功能，在160mg/L的初始亞硝氮條件下，24h亞硝氮去除率為94.1％。在三種懸浮塑料多孔填料中，通過(guò)掛膜量、厚度、硝化效率及生物膜中硝化細(xì)菌相對(duì)豐度的綜合對(duì)比，篩選了高密度聚乙烯K2填料作為MBBR生物膜載體;利用異養(yǎng)硝化細(xì)菌N74-1將MBBR啟動(dòng)時(shí)間縮短1/3（10天），明確

4、在100mg TAN/（L載體·d）的氨氮負(fù)荷條件下，經(jīng)生物強(qiáng)化MBBR出水氨氮濃度小于0.5mg/L，但負(fù)荷高于200mg TAN/(L載體·d)后MBBR出水水質(zhì)不穩(wěn)定;在模擬水產(chǎn)養(yǎng)殖條件下，N74-1菌劑能夠在20d內(nèi)完成移動(dòng)床反應(yīng)器的啟動(dòng)，并在12.5kg/m3的養(yǎng)殖條件下滿足養(yǎng)殖需求;通過(guò)研究不同流速條件對(duì)鱘魚(yú)循環(huán)水養(yǎng)殖MBBR啟動(dòng)的影響研究，表明流速會(huì)影響鱘魚(yú)養(yǎng)殖中MBBR反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中氨氮和亞硝氮濃度。不同水流速條件下，

5、亞硝氮去除效率增長(zhǎng)與群落中硝化細(xì)菌（Nitrospira）相對(duì)應(yīng)。
　　研究了溫度、循環(huán)水流速、碳氮比及初始氨氮濃度對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖MBBR氨氮去除速率的影響，并建立了氨氮去除速率的二次多項(xiàng)式回歸模型。單因素影響結(jié)果表明，在15-30℃范圍內(nèi)，升高溫度有利于氨氮和亞硝氮的去除，且25℃時(shí)氨氮去除速率約為15℃時(shí)2倍。流速在0.5L/min時(shí)有最高的氨氮去除速率，但提高流速有利于亞硝氮的去除。過(guò)低碳氮比（0和0.5）不利于氨氮，尤其是亞

6、硝氮的去除，充足的碳源既有利于硝化也有利于好氧反硝化作用。初始氨氮濃度低于15mg/L時(shí)24h可完全去除，即該種填料的最大負(fù)荷約在150-200mg TAN/(L填料d)之間。建立了初始氨氮濃度、COD/TAN、循環(huán)水流速3個(gè)因素影響MBBR氨氮去除速率的二次多項(xiàng)式回歸模型，回歸模型極顯著(p=0.0007)，可對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)MBBR反應(yīng)器的氨氮去除速率進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。明確固相反硝化技術(shù)可以有效去除循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝態(tài)氮，初步掌握該

7、技術(shù)對(duì)硝化系統(tǒng)和養(yǎng)殖水體中微生物群落的影響規(guī)律。反硝化反應(yīng)器可控制養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝態(tài)氮濃度低于10mg/L。微生物群落分析表明，固相反硝化反應(yīng)器使細(xì)菌多樣性上升，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受到明顯影響，其中變形菌門和厚壁菌門的相對(duì)豐度有所增加，而硝化螺菌門豐度有所下降。
　　生物強(qiáng)化MBBR在中試錦鯉循環(huán)水養(yǎng)殖中的應(yīng)用表明，利用異養(yǎng)硝化細(xì)菌N74-1生物強(qiáng)化可使MBBR在一個(gè)月內(nèi)順利啟動(dòng);在200多天的中試養(yǎng)殖過(guò)程中，不同養(yǎng)殖密度條

8、件下，MBBR反應(yīng)器VTR有明顯不同，造成養(yǎng)殖池氨氮和亞硝氮濃度在不同養(yǎng)殖密度條件下差異明顯;流速對(duì)VTR也有一定影響，不同流速(2m3/h和1m3/h)的氨氮濃度均有顯著不同;利用Biolog ECO板和高通量測(cè)序分析結(jié)果表明，微生物群落的功能變化與構(gòu)成相關(guān)，低養(yǎng)殖密度條件下利用大分子有機(jī)物的種屬如Sphingobium和Hyphomicrobium相對(duì)豐度占優(yōu)，因而碳源利用特征為酚酸類碳源利用率較高;隨著密度提高，能利用簡(jiǎn)單有機(jī)物如