悬浮生长式反应器处理水产养殖固体废弃物及养殖废水的研究

摘要

水产养殖过程产生大量的固体废弃物及养殖废水，容易引起水质恶化、病害和环境污染等严重问题。生物絮凝技术可以将水体中的颗粒有机物、溶解有机物和无机氮转化为水产养殖对象可以摄食利用的絮体，实现养殖固体颗粒物的二次利用，该技术具有较好的水质处理效果，已受到国内外水产养殖研究人员的广泛关注。本试验利用一种中试规模的悬浮生长式反应器，研究悬浮生长式反应器对水产养殖固体废弃物的水质处理效果和絮体的资源化应用。试验内容分为以下几部分： 1.搅拌强度对悬浮生长式反应器处理水产养殖固体废弃物的影响 实验以水产养殖固体废弃物作为生物絮体的营养基质，接种活性污泥，通过调节转速来控制水体的混合强度和溶氧浓度（DO），研究1400 r/min、1200 r/min、900 r/min三个搅拌强度下悬浮生长式反应器的水质处理效果和絮体生产情况。结果表明，反应器中出现硝化现象，氨氮（TAN）浓度降低（1400 r/min组TAN浓度小于1 mg/L），无亚硝氮（NO2--N）积累。1400 r/min组反应器中总磷（TP）浓度高于1200 r/min和900 r/min组，而活性磷酸盐（PO43--P）浓度却低于1200 r/min和900 r/min组，1400 r/min组反应器对PO43--P的去除效果较好。三组絮体蛋白质含量分别为（29.60±0.95）%、（29.70±0.10）%、（29.73±1.06）%，无显著差异（P>0.05）；搅拌强度增大，絮体粗脂肪含量逐渐升高，1400 r/min组絮体粗脂肪含量（6.52±0.38）%显著高于其他两组的粗脂肪含量（P<0.05）。并且，1400 r/min组生物絮体沉降性能优于1200 r/min和900 r/min组。 2.中试悬浮生长式反应器处理循环水养殖废水的研究 实验设定悬浮生长式反应器转速1400 r/min，研究不同混合液悬浮固体浓度（MLSS，1500 mg/L、3000 mg/L和5000 mg/L）下SBR反应器对循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture System，RAS）吉富罗非鱼养殖废水的处理效果。研究表明，SBR反应器具有较好的脱氮效果，三组TAN、NO2--N和NO3--N出水浓度分别为（0.29～0.39）mg/L、（0.005～0.006）mg/L、（7.11～7.60）mg/L，平均去除率分别为（82.20～86.20）%、（98.40±0.89）%、（38.40～40.00）%（P＞0.05）。反应器对“三态氮”的平均去除速率分别为（2.51～2.64）g/m3·d、（0.56）g/m3·d、（8.52～9.78）g/m3·d，对溶解性无机氮（DIN）的平均去除速率（10.25～11.61） g/m3·d，其中，MLSS1500 mg/L组去除速率较高。三组絮体蛋白质含量分别为（30.00±1.32）%、（29.87±0.67）%、（31.00±0.75）%，粗脂肪含量（9.51±0.94）%、（4.37±0.42）%、（3.65±0.22）%，其中，MLSS1500 mg/L组絮体粗脂肪含量显著高于其他两组（P<0.05）。传统的硝化反应器只对TAN的去除有效，本实验SBR反应器能够有效地同步去除RAS罗非鱼养殖废水中的TAN、NO2--N和NO3--N，实验可以节约一定的设备投入和养殖成本，有利于提高经济效益，促进水产养殖废水的资源化利用。 3.南美白对虾池塘底泥营养元素释放效果的研究 为研究南美白对虾池塘底泥在好氧曝气条件下的营养元素释放效果，分别取上海奉贤区南美白对虾虾塘0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm层面的底泥进行测试。研究发现，表层5～10 cm组底泥TAN释放较快，前8 h释放完全，而5～10 cm和10～15 cm组底泥TAN释放较慢，在16 h后释放完全；三组TAN都在112 h转化完全。NO3--N浓度前8 h明显降低，然后持续缓慢上升，表现为硝化现象。实验过程中，前8 h内PO43+浓度下降，随后持续上升，微生物对磷酸盐的利用效果不明显。另外，三组溶解性有机碳（DOC）含量前16 h迅速下降，64 h之后基本耗尽，与DOC/DIN的变化一致，表明异养微生物的生长需要大量的碳源，当碳源不足时，硝化细菌大量繁殖。综合考虑，南美白对虾池塘底泥处理宜在前期进行，且0～5 cm的表层处理较为有效。 4.SRT对悬浮生长式反应器处理南美白对虾虾塘底泥情况的研究 SRT对生物絮体影响较大，实验设计三组SRT（3d、2d、1d），探讨SBR反应器对南美白对虾池塘0～5 cm表层底泥的处理效果。三组反应器中TAN的变化先升高后降低，SRT3d反应器TAN浓度低于SRT2d、1d的TAN浓度。三组NO3--N浓度在前4天迅速降至最低，没有出现NO2--N积累现象。三组PO43--P从第4天开始逐渐下降，SRT1d的PO43--P浓度下降较快。本研究表明污泥停留时间越短，反应器中絮体沉降性能越好。虾塘底泥所培养的生物絮体粗蛋白含量、粗脂肪较低，粗灰分含量均在90%以上，不宜作饲料成分；但SRT增大，有利于絮体营养物质的增长。本研究可以有效地促进生物絮凝过程，促进无机氮的转化，并且对磷酸盐有少量的吸收，对减少南美白对虾虾塘底泥富营养化及实现底泥的资源化有一定的参考价值。