养殖固体废弃物发酵液为碳源处理养殖水氮素的研究

发布时间：2018-04-20 04:12

  本文选题：养殖固体废弃物 + 水解发酵　； 参考：《上海海洋大学》2017年硕士论文

【摘要】：水产养殖固体废弃物主要来源于养殖系统中的残饵、粪便以及养殖对象的代谢物。这些物质中均含有大量可被生物降解的物质,通过厌氧消化技术可将其水解酸化,产生能被反硝化细菌利用的有机物,作为养殖废水反硝化处理过程中所需要的碳源,实现养殖固体废弃物的资源化再利用。但是,养殖固体废弃物在水解产生有机物过程中也伴随着大量氨氮的产生,所以如何实现养殖固体废弃物的合理资源化利用以及达到硝酸盐氮和氨氮的同步去除效果,成为近年许多学者关注和研究的热点问题。本研究结合同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SND)系统,研究了以养殖固体废弃物发酵液为碳源处理循环水养殖废水时影响脱氮效果的因素以及处理效果,为养殖固体废弃物的合理,有效资源化利用以及循环水养殖系统污染零排放的健康养殖模式提供理论参考。1.利用水产养殖固体废弃物发酵液为碳源处理养殖用水无机氮效果的研究对不同固液配比下养殖固体废弃物发酵液做碳源的同步硝化反硝化效果进行了研究。实验结果表明,养殖固体废弃物和养殖废水分别以A组1:4,总固体悬浮物(Total solid suspension,TSS)为3756.5±958.12 mg/L,C/N=12.33;B组1:3,TSS为5109.0±1127.12 mg/L,C/N=10.49和C组1:2.5,TSS为5828.5±2008.8 mg/L,C/N=6.63的固液配比在35℃、180 r/min的恒温摇床(Innova 43R,艾本德,德国)中进行厌氧发酵24 h时,A组水解发酵更充分,发酵液中溶解性化学需氧量(Soluble chemical oxygen demand,SCOD)的含量最高,均值为639.93±128.52 mg/L,比B组、C组固液配比下SCOD含量增加了11.6%和42.5%。同时,在历时35 d的同步脱氮实验结果表明,A、B、C三组NO_3~--N的平均去除率分别为58.8±28.1%、44.8±28.6%和29.4±19.3%,其最大去除率则分别为98.1±3.4%、97.3±2.1%以及76.2±2.6%;总氨氮(Total ammonia nitrogen,TAN)去除率平均值为A组76.6±23.8%、B组76.0±22.8%和C组77.6±20.7%,且NO2--N没有发生积累。从第15 d开始,反应器运行稳定,A组总氮(Total nitrogen,TN)去除率达到71.2±20.3%,B组70.50±16.7%以及C组60.3±15.3%,获得了较好的脱氮效果。其中以1:4(A组),TSS为3756.5±958.12 mg/L,C/N=12.33的实验配比组效果最佳。2.发酵时间对挥发性脂肪酸的影响以及不同C/N比下脱氮除磷效果本实验在实验一的基础上,研究了不同发酵时间下,养殖固体废弃物发酵产生的挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFA)的浓度变化,以及不同碳氮比下的同步脱氮效果。实验结果表明,在发酵温度35℃,初始pH相同时,随着发酵时间延长,发酵系统中产生的VFA的含量越高;在发酵第4 d时,VFA的质量浓度达到最大,为3129.38±885.19 mg/L,第3 d时,VFA的含量达到了3032.77±197.93mg/L,与第3 d相比,其第4 d的优势不明显。从第5 d开始,VFA的浓度并没有随发酵时间的延长而增加,而是出现了下降。到实验结束时,VFA的含量由3129.38±885.19 mg/L下降到1825.07±152.9 mg/L。综合各方面因素考虑,认为用1:4配比进行养殖固体废弃物的水解发酵,其最佳时间为3 d。当反应器溶氧(Dissolved oxygen,DO)控制在0.25~0.5 mg/L,温度25℃左右,pH值在6.5~7.5的范围时,6组C/N比下的脱氮除磷效果明显,NO_3~--N的去除率达到70%左右。同时,随着C/N比增加,总磷(Total phosphorus;TP)的去除率增加,当C/N=22.32时,TP去除率达到最大,为89.2±2.7%。3.以养殖固体废弃物发酵液为碳源时不同水力停留时间下的脱氮除磷效果针对不同水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)对脱氮除磷效果的不同影响,本部分研究了以1:4固液配比发酵后的养殖固体废弃物发酵液做碳源时,不同HRT(4 h、8 h、10 h、12 h)对脱氮效果的影响,其相对应的水交换速度分别为0.5 L/h、0.25 L/h、0.2 L/h以及0.17 L/h。实验结果表明,利用序批式反应器(Sequencing batch reactor,SBR),维持反应器DO在0.25~0.5 mg/L,pH 6.5~7.5,温度25℃,C/N=3.09,HRT为4 h,水交换速度为0.5 L/h时,可以达到较好脱氮除磷的效果,NO_3~--N以及TAN的平均去除率达到85.4±6.0%和52.75±12.1%。TAN的去除效果随HRT的延长有所提高,但去除优势不明显,且NO2--N在整个实验周期中没有发生积累。同时,TP的去除率并没有随HRT的延长而增加,而是在4种HRT下其去除效果相似,平均去除率均在60%以上。4.三种不同碳源对养殖废水的脱氮效果比较本部分探讨了SBR同步硝化反硝化系统中以养殖固体废弃物发酵液、葡萄糖、甲醇三种物质分别为碳源时,其反应系统中同步脱氮除磷的变化情况。实验结果表明,维持反应器DO为0.25~0.5 mg/L,温度23℃,pH值6.5~7.5时,反应器连续运行30个周期的情况下,三种不同碳源的脱氮效果为甲醇养殖固体废弃物发酵液葡萄糖(C/N比的均值分别为7.4、6.57和7.3),且甲醇组TN的去除率仅比养殖固体废弃物发酵液组高10.9%,其TN去除率分别为67.9±17.4%、60.5±16.6%和31.8±13.8%。养殖固体废弃物发酵液组对于TP也有较好的去除效果且明显高于甲醇组和葡萄糖组,其TP去除率分别为55.6±14.8%、19.5±9.6%和18.1±8.9%。所以以养殖固体废弃物发酵液为碳源处理养殖废水时,可以达到良好的脱氮除磷效果。
[Abstract]:In this paper , we studied the factors affecting the denitrification effect and the treatment effect of solid waste produced by anaerobic digestion . The results showed that the solid waste fermentation broth was used as the carbon source in the treatment of waste water of culture solid wastes . The results showed that the average removal rates of NO _ 3 ~ - N in group A , B and C were 58.8 卤 28.1 % , 44.8 卤 28.6 % and 76.2 卤 2 . 6 % , respectively , and the removal rate of total ammonia nitrogen and TAN was 76.5 卤 8.12 mg / L , C / N = 12.33 . The results showed that the removal rate of total ammonia nitrogen ( TAN ) was 76.5 卤 958.12 mg / L and C / N = 12.33 . The content of VFA was 3032.77 卤 197.93mg / L . Compared with the third day , the removal rate of NO _ 3 ~ - N increased from 3129 . 38 卤 885.19 mg / L to 210.07 卤 152.9 mg / L . The results showed that the removal efficiency of the three different carbon sources increased with HRT and the removal rate of NO _ 3 ~ - N and TAN reached 85.4 卤 6.0 % and 52.75 卤 12.1 % respectively . The removal efficiency of the three different carbon sources was 65.6 卤 17.4 % , 19.5 卤 9.6 % and 18.1 卤 8.9 % , respectively .

【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X714

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本文编号：1776180