3种载体生物滤器对养殖废水处理效果何洁

第01卷第3期2003年6月中国水产科学JournlafOFishe叮SeieneesofChinaVol.10No.3Jun.,20()33种载体生物滤器对养殖废水处理效果何洁,刘长发,王海,赵冰海(大连水产学院养殖系,农业部海洋水产增养殖学与生物技术重点开放实验室,辽宁大连116023)摘要:采用沙子、活性炭与沸石作为生物滤器载体对牙虾养殖废水进行处理。牙虾体长or一巧cm,在盐度so,pH8.0一8.1,水温(20士l)℃时的产氨速率为0.248酬(kg,d),产磷速率为0.537群(kg·d),溶解有机物积累速率为1.406了(kg·d)。以沙子、活性炭及沸石为载体的生物滤器对其废水处理的平均氨去除率分别为34.79扩(扩·d)、35.印岁(m3·d)和36.17岁(m,·d),有机物平均降解速率分别为1.760岁(m,·d)、2.234岁(m,·d)和2.420岁(时·d)。3种生物滤器对养殖废水都有明显的处理效果,其中沸石效果最好。关钮词:生物滤器;沙子;活性炭;沸石;养殖废水处理中圈分类号:X703文献标识码:A文章编号:1005一8737一(2X()3)03一0242一04集约化养殖中养殖生物产生的代谢产物、残饵及残骸是水质的主要污染源。未经处理的养殖废水排放造成的环境污染问题已多见报道〔’一2丑。所以养殖废水的净化处理研究迫在眉睫并受到广泛关注[’一4〕。生物膜法因具有产生污泥少、运行管理方便、动力消耗少等特点,在水产养殖处理废水方面得到广泛应用〔’一’〕。但是,供生物膜附着的载体不同,附着的微生物的生物量对养殖废水的处理效果势必不同。何洁等〔`〕在前期研究表明,附着于载体沸石上生物膜的氨化作用和亚硝化作用性能好于活性炭和沙子。本研究采用淹没式生物膜滤器探讨了相同条件下3种材质载体上生物膜对有机物的降解作用,及其对牙虾养殖废水的处理效果,以探讨沙子、活性炭和沸石3种载体在养殖水质净化应用中的前景。1.2实验材料实验所用菌种取自辽河三角洲河蟹苗池底泥中富集培养的氨化、亚硝化、硝化菌群。实验载体及其处理见文献「8]。实验用水为取自大连市黑石礁海滨并经沙滤海水,盐度30、pH8.0一8.1、水温(20士l)℃。实验用鱼为大连海珍品养殖场养殖牙虾,体长10一15em,体重10一209。饵料为山东牲畜鱼用饲料有限公司产配合饵料。1.31.3.1实验方法水质测定参见文献仁8]。1材料和方法1,1实验装置选取12个规格为60emx24emx40em的水族箱盛水40L。内装淹没式生物滤器〔s〕。收稿日期:2002一08一oo;修订日期:20()2一12一15.苍金项目:辽宁教育厅高校科研项目(20102135).作者简介:何洁(1966一),女,讲师,硕士,从事渔业水质调控研究.通讯作用:刘长发.E一mall:ilcu@fd饰.deu·cn1.3.2生物膜的培养熟化每种载体所制滤水装置数为4个。12个循环滤水装置放人同一个水族箱中,接种500mL含异氧细菌和硝化细菌的菌种液,加人蛋白脉至36m岁L,以促进生物膜熟化。温度为(19土l)℃,培养时间为3个月。1.3.3生物膜功能测定生物膜熟化后,12个循环滤水装置分置12个水族箱,加人溶有蛋白陈(36m留L)的水,每个水族箱加40L,在循环充气的条件下,每隔6h采水样测定NH4+一N、NoZ一N、No,-一N的浓度及COD值。1.3.4牙坪鱼代谢产物积累牙虾准确称重后,放人水容量为1oooL的水槽中,水温19.2℃,每日定时投喂1次,每次10~209,逐粒投喂,直到牙醉不再抢食。残饵用虹吸法吸出,并加入相同量的海水。第3期何洁等:3种载体生物滤器对养殖废水处理效果243每日测定水中HN4`一N、NoZ一N、No3一N和P仇’一P的浓度及COD值。当水中氨氮质量浓度超过3m酬L时,清池,换水,养殖周期为10d左右。分别以NH4十一N、NO:一N和NO3一N浓度之和、活性磷浓度及COD值随时间的平均变化率来计算出牙虾的产氨速率、产磷速率和溶解有机物(以c0D值表示)积累速率。牙坪产氨速率、活性磷积累速率及溶解有机物积累速率:尸〔岁(kg’d)〕=。·V/`,式中:v为三氮之和、活性磷及COD值随时间的平均变化率(g·L一`·d一`);V为水槽中水体体积(L);`为水槽中鱼的重量(kg)。1.3.5养殖废水的净化处理将牙鲜养殖废水加到12个内装淹没式生物滤器的水族箱中,每箱加水40L,在循环充气的条件下,每日测定水族箱中NH4气N、NoZ一N、No。一N和po4,一P的浓度及COD值。分别以NO3一N及COD值随时间的变化率来表示生物滤器的硝化作用速率和溶解有机质降解速率常数,并可由此计算生物滤器对养殖废水的氨去除速率和溶解有机质降解速率(以COD计)。生物滤器的氨氮去除率、溶解有机质降解速率l以CoD计,g/(m,·d)]:p=。·Vl/凡式中:“—生物膜的平均硝化速率、溶解有机质降解速率常数,酬(时·d);vl—净化槽中水体体积,;L矶—生物滤器中载体的体积,;L活性炭p(eoD)二35.734。一,。2,,RZ==0.8818,n=7沸石p(eoD)=43.14。一,,9:RZ=0.9508,n==7经计算,沙子为载体的生物膜对有机物(以COD计)的平均降解速率常数为0.2208/;d载体活性炭上生物膜的平均降解速率常数0.2100/;d载体沸石上生物膜的有机物平均降解速率常数为0.2796/d。3种载体对有机物的降解能力相差无几。二沙子Saod活性炭Carbon,J,,ó弓一乙气21nnUǎ一山.的日à、21十,工z06121824303642实验时间/hTreatmenttime图1生物膜氮氮降解曲线Fig.IC。~ofNH犷·Nconcenatritonvstrea加.t“me000:叹盆0`U4,奋000曰面已àù之·场022结果与分析2.1生物膜的有机物降解由图1一3可知,在实验过程中,有3种载体生物滤器的水族箱中的NH4十一N含量都呈下降趋势,NO:一N浓度开始上升而后下降,NO3一N含量一直升高,表明生物膜经3个月的培养、熟化,对NH4十一N、NO:一N具有一定的降解去除作用,有关附着于该3种载体上生物膜的硝化性能已有研究〔9〕。由图4可知,水族箱中的COD浓度一直呈下降趋势,表明附着于3种载体上生物膜对有机物有降解作用。开始时降解速度较快,随着时间的延长逐渐趋于平缓,生物膜对有机物降解过程可用一级动力学方程描述:沙子户(COD)二39.347。一。·“,,2`RZ=0.8771,n=706121824303642实验时间/hTreatmenotjme图2生物膜亚硝化作用曲线iFg.2Cu~ofNOf一N阴centaritonvstreatmenttilne户月旨í年.6N1824303642实验时间/hTreatmenttime图3生物膜硝化作用曲线Rg.3CurvesofNO歹.Nconc曲如柱叨vsetratmentitme2.2牙坪养殖水质变化由图5可知,养殖水槽中NH4+一N浓度、Po`’一P浓度及COD值在7d中逐渐积累升高,244中国水产科学第ro卷NO:一N和NO3一N浓度则一直保持在低值,说明体系中亚硝化作用和硝化作用不明显。忽略微生物吸收利用的氮、磷,分别用体系中三氮质量浓度之和、P04’一P的质量浓度及c0D值代表牙坪代谢产物的积累,得:p(3N)=0.336+0.383t,双2=0.983,。二7p(po4,一p)=2.954+0.s3ot,双,=0.965,n=7p(CoD)==31.759+2.172t,尺2=0.997,n=7式中,p的单位为m留L;t单位为d。三氮之和平均增加速率为0.383m岁(L·d),活性磷积累速率为0.83Om留(L·d),COD增长速率为2.172m留(L·d)。体系中的平均鱼体重为1.545kg,则该实验条件下的表观产氨速率为0.248岁(kg·d),产磷速率为0.537群(kg·d),溶解有机物积累速率为1.4069/(kg·d)。45卜汰二蒸默bon4。},\次~沸石21·,11。3,}\液沐一30十~助,物哈姚卜、`化。由图6一9可看出,氨氮浓度持续下降,比较3种载体,以沸石为载体的生物膜处理效果最好,Zd后氨氮基本被转化完全。载体活性炭亦好于沙子,但3d后氨氮都已处于低浓度。亚硝酸态氮开始时略有升高,而后迅速下降,保持低值。硝酸态氮持续增长,3d后增长速率下降,硝酸态氮浓度基本保持定值。从图8可知,3种载体的硝化作用对时间回归,在前3d均有较好的线性关系,其回归方程为:沙子p(NO:一N)==0.427`+0.012,RZ=0.981,n=3活性炭p(N03一N)=0·437`+o·049,RZ=0.994,n=3沸石户(NO。一N)==0.科4t+0.055,RZ二0.970,n=3式中,p的单位为m岁;Lt单位为d。沙子、活性炭及沸石的平均硝化速率分别为0.427m岁(L·d)、0.437m岁(L·d)和0.4科m酬(L·d)。因为在本实验条件下,氨氮最终转化为硝酸态氮,可以根据硝酸态氮的增长速率反映氨氮的去除率。经计算,3种载体对养殖废水的氨去除率分别为34.79g/(m3·d)、35.印g/(m,·d)和36.17盯(m,·d)。06121824303642实验时间/hTreatn,enttjme冲~沙一子sand麟活性炭carobn-创卜-沸石Ziollteǎ丫闷.切已)zQo。ǎ一闷训日à一z十,H之iFg.4图4溶解有机物降解曲线CurvesOfersolvableorganismdegraded戒thtreat-menttime403O20〕0贬)()2345实验时臼1/dx)aysofl丫eatnlent图6Fig.6Vairation废水处理中氨氮含t的变化ofNH`十一Neoneentraitoninwastewaterr、n.、IJ飞2ùOOU口0口今NH犷一N今干PO43一P-`卜NO一N.招认COD」.NO一N`~李略一欠一,:沛一.一,duirngthe冲一沙子Sand`欢呼,、气乙l曰八é八nU曰nU八曰八CUUǎù钧日à、之lō020叹O,ùJr宁、0ǎ1ù四日é\划酬喝长1234567891(j实验时间/dDaysofTreatment图5牙虾鱼养殖水质变化谬活性炭Carbon-幽一沸石Zlolite飞iFg.5ChangesofwaterqualityinJaPanesenoundercul-turepond实验时间/dDaysorTrearmenr2.33种载体的生物滤器的水处理效果图6一9分别表示采用3种载体的生物膜滤器处理牙坪鱼养殖废水过程中的三氮及磷酸盐含量变图7废水处理中亚硝酸盐氮变化曲线Fig.7VairaUonofNO:一Neoneentraitoninwastewaterduirngthetreatment第3期何洁等:3种载体生物滤器对养殖废水处理效果245从图9可以看出,磷酸盐的浓度是逐渐上升的。许多研究证明汇9,,固定填料和悬浮填料的连续流淹没式生物膜法工艺都具有较高的有机物去除率和脱氮率,而除磷率却很低,因为除磷菌不是优势菌属,难以在生物膜中生长。而以生物膜处理养殖废水时,随着有机物分解,一方面水体的pH会降低,使磷的溶解度增大,水中磷的浓度会有升高,另一方面可能有一些活性磷分解出来,增加了磷的浓度。.冲一沙子sand一拼活性炭Carbon曰面日à、ao曰101112实验时间/dDaysofTreatment图10废水处理中COD值变化曲线~令沙子sand~圈卜活性炭earbon一泊-沸石210]2￡亡1234实验时间/dnaysofTrca:ment图8废水处理中硝酸盐氮变化曲线Fig.8VairiatonofNO3一Nconcentraitoninwastewaetrduirgnthetreatment01234实验时间/dnaysofTreatment图,废水处理中磷酸盐变化曲线Fig.,vairaitonofp