生物过滤系统对模拟海水养殖废水的净化效能研究

发布时间：2020-06-12 17:12

【摘要】：我国沿海地区海水养殖产业发展迅速,由于饲料利用率低、养殖密度过大等因素,养殖废水中的氮磷营养盐、有机物、悬浮固体等污染物超过海水水质标准,有待净化处理以削减沿海污染负荷。生物过滤是海水养殖废水常用的处理技术之一。本研究针对海水养殖废水的特点,分别构建了砾石-沸石生物过滤系统和沸石-黄铁矿生物过滤系统,并在后者末端增加除磷过滤系统来强化除磷,用于净化模拟海水养殖废水。研究结果如下:以砾石和沸石为滤料,构建异养反硝化-硝化系统。挂膜阶段盐度由1%升高至2%不会对硝化效能产生明显干扰。外加葡萄糖为碳源,当COD/TIN(总无机氮)为5.7时,在不同水力停留时间HRT(12 h、24 h和48 h)和回流体积比R(50%、100%和200%)条件下,HRT决定接触时间和水力负荷,主要影响硝化效能,R决定回流至反硝化段的硝酸盐氮和溶解氧含量,主要影响反硝化效能。当HRT为24 h、R为100%时效能较优,氨氮和TIN的平均去除率分别为91.8%和66.6%。碳源的投加不会导致二次污染,但投加量不足是限制TIN去除率的主要因素。以沸石、黄铁矿和硫磺为滤料,构建硝化-自养反硝化系统。氨氮主要由沸石段吸附,磷酸盐主要由黄铁矿段吸附,当盐度为0时两段单位空床容积吸附量分别为1.68 g N/L和0.092 g P/L。当盐度上升为1.5%时,沸石对氨氮的吸附量减少约58%,而黄铁矿对磷的吸附则几乎不受影响。挂膜成功后,当HRT分别为12 h、24 h和48 h时,氨氮平均去除率分别为95.0%、96.5%和97.4%,TIN平均去除率分别为86.1%、92.1%和97.2%,无亚硝酸盐积累,生成的含硫化合物以硫酸盐为主,HRT的缩短有可能加剧水流的短流现象,系统HRT宜取24 h,即沸石段和黄铁矿段HRT分别为9.6 h和14.4 h。沸石段进行氨氧化和亚硝酸盐氧化的优势菌属分别为亚硝化单胞菌属Nitrosomonas和硝化螺菌属Nitrospira,黄铁矿段进行硫自养反硝化的优势菌属为硫杆菌属Thiobacillus,同时存在铁氧化菌Ferritrophicum。以Fe-Al型粉煤灰(磷吸附容量为18.44 mg/g)为主要原料,添加生石灰为助剂,采用水泥水化制备除磷滤料,在加水量为40%的条件下,粉煤灰、生石灰和水泥的最佳配比为21%:0.5%:38.5%。末端除磷过滤系统连续流试验表明,当HRT为16 h时能满足除磷的要求,出水平均磷浓度为0.04 mg/L。整个吸附过程重金属释放风险较低。长期运行证明沸石-黄铁矿生物过滤系统更适宜净化海水养殖废水,处理后出水能达《水产养殖废水排放要求》(DB33/453-2006)一级标准。
【图文】：

1.1.1 中国水产养殖现状近几十年来，由于世界人口的增长，水产品的需求量和国际贸易量持续增加，世界渔业捕捞量已渐趋饱和，，导致全球水产养殖产量急剧上升。从 1983 年至 201年，世界渔业自然捕捞量由 7.11 107t 增至 9.26 107t，年均增长率仅为 0.88%。与之鲜明对比的是，水产养殖产量由 6.2 106t 增至 7.02 107t，年均增长率为8.4%。2013 年水产养殖产量已占渔业总产量的 43.1%，并有超过自然捕捞量的趋势[1]。2050 年，世界人口预计将达 97 亿，人们正逐渐认识到海洋和内陆水域在保障粮食安全和提供营养方面所能发挥的巨大潜力，水产养殖产量仍将持续增长。全球水产养殖产量的增长主要得益于亚洲国家，尤其是中国。2013 年中国水产养殖产量为 4560 万吨，占全球总产量的 65%。在中国的沿海地区，除了淡水养殖外，海水养殖占据了很重要的位置。中国大陆海岸线长 18000 km，海滩和浅海（10 m 等深线以内）面积约有 1107hm2（不含台湾省），其中适合水产养殖的面积达到 1.3 106hm2，具备良好的海水养殖发展优势[2]。

图 1-2 2010 至 2015 年全国水产养殖产品产量及构成[3]Fig.1-2 Output and constitution of aquaculture products in China from 2010 to 2015图1-1和图1-2分别反映了2010年至2015年间全国水产品和水产养殖产品量及构成的变化情况。水产品产量是捕捞量和养殖产量之和，其中捕捞又分水捕捞和海洋捕捞，养殖又分为淡水养殖和海水养殖。由两图可知，中国水殖产品产量约占水产品总产量的 71.3%，高于世界平均水平。在养殖产品中国海水养殖产量约占养殖总产量的 38.3%，在 2010 年至 2015 年间，该比例稳定。海水养殖表现出与淡水养殖同样的上升趋势。2012 年全球海水养殖总为 2.5 107t[4]，由此可知 2012 年中国海水养殖总产量已占世界总产量的 66%规模的海水养殖为我国沿海地区带来许多潜在的环境问题，如生态破坏、水染等等，其中养殖废水的处理是个亟待解决的问题。1.2 海水养殖的类型及其废水特点海水养殖是指在滩涂、浅海和海湾上，人工培植虾、藻、鱼、贝，通过投施肥的方法，使其幼体逐渐发育为成体的生产过程[5]。自上世纪七十年代中
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X714

【参考文献】

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本文编号：2709848