海水生物滤器处理养鱼废水硝化过程的基础研究

摘要

封闭循环海水养殖系统的核心技术是养殖废水的处理和循环再利用，其中对养殖生物危害最大的氨氮和亚硝酸盐氮等污染物的降解去除是该技术成功运行的关键。本课题以服务生产为出发点，立足于海水鱼类工厂化养殖现场生物滤器的硝化过程，通过构建竹质空心生化球填料生物滤器，以实际养鱼池排放废水为处理对象.对养殖系统水处理工艺中最为重要的生物滤器硝化过程进行了系统研究，主要结论如下：
　　 (1)通过对工厂化封闭循环海水养殖系统生产实际调研发现，封闭循环海水养殖技术经济效益好，环境污染小，应用前景广阔。在日常生产管理中，投饵行为对养鱼池中氨氮、COD和SS浓度影响显著，而对亚硝酸盐氮浓度影响较小。弧形过滤筛和蛋白分离器分别对SS和COD的去除起主要作用，生物滤器对氨氮、亚硝酸盐氮和COD的降解具有不可替代的作用，对SS也具有一定的截留过滤效果。同时发现，石斑鱼和半滑舌鳎两种海水鱼养殖系统在水质污染物状况和理化指标方面具有比较明显的差异性。
　　 (2)研究了竹质空心生化球填料生物滤器在高盐度、低氨氮负荷的海水养鱼废水处理中挂膜阶段和稳定运行阶段污染物的去除特性，以及稳定运行阶段实验滤器与现场滤器的污染物去除效果对比，结果表明：在进水氨氮浓度为0.93～1.33mg/L，亚氮浓度为0.12～0.29mg/L，溶解氧为7～9mg/L,pH为7.1～7.4，温度为23～24℃，盐度为29～30，水力停留时间HRT为30min的实验条件下，实验滤器挂膜时间较长.需要45d，稳定运行阶段，氨氮去除率稳定在30％～39％，亚氮也有明显的去除效果，出水最低浓度为0.06mg/L；在水力停留时间HRT为60min时，实验滤器与现场滤器进行的对比实验发现，实验滤器在氨氮、亚氮和SS去除效果上均表现出明显的优势，氨氮和SS最大去除率分别达到52％和57％，出水亚氮最低浓度为0.12mg/L，在COD去除效果上两个滤器均表现出较差的结果，现场滤器COD去除率略高，但最大值仅为14％。
　　 (3)实验滤器在稳定运行阶段出现了较为明显的亚氮积累现象，通过对进水有机负荷和氨氮负荷、温度、pH值和溶解氧等运行条件的研究，认为系统内较低的溶解氧是亚氮积累的主要影响因素；分析了反硝化过程中可能引起亚氮积累的影响因素，证明了反硝化过程促进了亚氮的积累。
　　 (4)研究了不同运行条件下实验滤器对氨氮和COD去除效果的影响，结果表明：①进水SS浓度从1.55mg/L上升到3.49mg/L时，氨氮浓度的总体变化趋势是上升的，去除率随SS浓度上升而增大，最大值为40％；COD浓度受进水SS浓度影响不明显，去除率受进水SS影响较小，稳定在14％左右。②进水pH在6.50～8.28之间变化时，氨氮去除率总体变化趋势是先缓慢上升，稳定后急剧下降，具体表现为：pH为7.34时达到最大去除率54％，pH为7.70时去除率有所下降但稳定在47％,pH＞8.24时去除率迅速下降至10％左右；在进水pH变化范围内，COD去除率总体变化趋势是平缓上升并趋于稳定，pH为6.72～7.14时，去除率较为稳定但不超过10％，pH＞7.31时去除率有所增大，并最终稳定在20％～22％之间。③在进水水温为11.0～25.9℃时，氨氮去除率在23.3℃时达到最大值45％，COD去除率在25.4℃以上时稳定在20％左右。④在实验研究的四个水力停留时间HRT中，当HRT=40min和80min时，氨氮去除率最大值为49％，COD去除率在HRT=40min时最大值为20％。⑤在实验滤器最佳水力停留时间下（HRT=40min），当填料高度为20～40cm时COD去除率较好，最大值出现在40cm填料高度处为26％，当填料高度为60～80cm时氨氮去除率较好，最大值出现在60cm填料高度处为51％。
　　 (5)以氨氮作为硝化反应唯一限制性因子，在不同进水流量(40、70和100L/h)条件下，研究了循环水系统中氨氮底物浓度与硝化反应速率的动力学方程，结果表明：当氨氮底物浓度很低时，硝化反应符合一级反应动力学方程，硝化反应速率与氨氮浓度成正比，当氨氮底物浓度较高时，硝化反应符合零级反应动力学方程，硝化反应速率与氨氮浓度无关。通过大量实验数据建立起来的不同进水流量下的硝化反应动力学模型，可以较好的预测实际养鱼废水出水氨氮浓度。
　　 本论文对于竹质空心生化球填料生物滤器在实际海水鱼养殖废水处理中的应用研究，将有助了解海水鱼养殖系统生物滤器的硝化过程，为实际养殖生产过程氨氮等常规污染物的高效去除提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 封闭循环海水养殖系统介绍

1.1.1 封闭循环海水养殖业的发展

1.1.2 封闭循环海水养殖废水处理技术

1.1.3 封闭循环海水养殖废水处理技术展望

1.2 生物滤器在循环海水养殖废水处理中的应用

1.3 海水生物滤器硝化反应动力学

1.3.1 硝化反应机理

1.3.2 反应动力学基础理论

1.4 课题的提出和主要研究内容

1.4.1 课题的提出

1.4.2 课题的主要研究内容

第2章 实验内容、装置及方法

2.1 实验内容

2.1.1 生产调研

2.1.2 海水生物滤器污染物去除效果研究

2.1.3 亚氮积累影响因子探讨

2.1.4 运行条件对生物滤器去除效果的影响

2.1.5 海水生物滤器硝化反应动力学初探

2.2 实验装置

2.2.1 实验水质

2.2.2 实验生物滤器

2.2.3 实验填料

2.3 分析项目与方法

2.3.1 水样的处理和保存

2.3.2 检测内容及方法

第3章 工厂化封闭循环海水养殖系统生产调研

3.1 概述

3.1.1 调研地点

3.1.2 水处理工艺流程

3.1.3 生物滤器

3.2 结果与分析

3.2.1 生物滤器体积及运行参数

3.2.2 养殖系统氨氮、亚硝酸盐氮、COD和SS浓度变化

3.2.3 养殖系统pH、温度、DO和盐度变化

3.2.4 填料表面生物膜细菌数量分析

3.3 本章小结

第4章 海水生物滤器挂膜特性及稳定运行对比研究

4.1 概述

4.2 海水生物滤器挂膜特性研究

4.2.1 实验内容与方法

4.2.2 结果与分析

4.3 两种海水生物滤器稳定运行阶段对比研究

4.3.1 实验内容与方法

4.3.2 结果与分析

4.4 本章小结

第5章 生物滤器硝化过程亚氮积累影响因子探讨

5.1 概述

5.2 实验内容与方法

5.3 结果与分析

5.3.1 生物滤器内亚氮积累现象

5.3.2 亚氮积累影响因子分析

5.3.3 反硝化作用对亚氮积累的影响

5.4 本章小结

第6章 运行条件对生物滤器去除效果的影响

6.1 概述

6.2 实验内容

6.3 结果与分析

6.3.1 进水SS浓度的影响

6.3.2 进水pH的影响

6.3.3 进水温度的影响

6.3.4 水力停留时间的影响

6.3.5 填料高度的影响

6.4 本章小结

第7章 海水生物滤器硝化动力学初探

7.1 概述

7.2 实验装置与方法

7.2.1 实验装置

7.2.2 实验方法

7.3 结果与讨论

7.3.1 硝化反应基础动力学

7.3.2 动力学参数求解及模型的建立

7.3.3 模型应用

7.4 本章小结

第8章 结论与建议

8.1 结论

8.2 建议

参考文献

发表的学术论文及科研工作

致谢