几种环境因子对海水生物滤器硝化性能及亚硝酸盐积累的影响研究

发布时间：2020-10-11 09:39

　　 我国是世界水产养殖大国,总产量居世界首位。然而我国海水养殖业在高速发展的同时,对周围沿海的水域环境造成了极大的破坏。资源依赖性型、粗放经营型的传统海水产品养殖模式不符合海洋绿色可持续发展的要求。为实现经济发展的同时保护周围生态环境,新的养殖模式应运而生。封闭循环水养殖,作为一种新兴的工厂化养殖技术,具有节省水资源、保护环境、经济高产等诸多优点,成为当代水产养殖发展的重要方向。生物滤器作为循环水养殖系统核心的水处理单元,其稳定高效的运行是循环水养殖的关键。海水生物滤器在运行过程中会受到诸多环境因子的影响,导致其水处理能力不稳定,从而影响出水的水质,对养殖生物造成胁迫。本文以提高生物滤器的硝化性能为目的,研究不同pH、温度以及不同进水氨氮浓度条件下生物滤器的硝化能力,以期能为生物滤器的运行和调控提供一定的理论指导。本研究所得的结论如下:(1)在进水TAN浓度约为2.0 mg/L,COD浓度为4.0~5.0 mg/L,水体温度为22℃左右,盐度为30‰,溶解氧(DO)在6.0~7.0 mg/L的条件下,研究自然挂膜条件下不同的进水p H(p H=7.0、7.5、8.0、8.5)对生物滤器启动及启动阶段构建硝化能力的影响。结果表明,随着时间的变化各处理组的生物滤器对TAN、NO_2~--N的处理效率不断上升并趋于稳定,生物膜逐渐成熟。实验发现,生物滤器在p H为7.5~8.0时能够快速建立并提高硝化能力,在50~70 d左右生物滤器对TAN、NO_2~--N的去除效率基本稳定且去除效率较好。进水p H=7.5的处理组,生物滤器完成启动的时间最短,在第36 d时对TAN的处理效率达到80%以上且NO_2~--N的积累现象开始消失,50d左右便可稳定运行。(2)在进水TAN浓度约为2.0 mg/L,COD浓度为4.0~5.0 mg/L,盐度为30‰,溶解氧(DO)在6.0~7.0 mg/L的条件下,研究不同的p H(p H=7.0、7.5、7.7、8.0、8.5)及温度(t=10℃、15℃、20℃、25℃、30℃)对生物滤器硝化反应速率的影响,实验期间对水体pH及温度进行在线监控调节,保持pH和温度基本不变。结果表明,温度及p H对曝气生物滤器的硝化性能影响较大。在实验条件(t=10℃~30℃、p H=7.0~8.5)下,相较于p H,生物滤器的硝化能力对温度的变化更加敏感。而且pH和温度对亚硝酸盐氧化反应的影响作用强于对氨氧化反应的影响作用。另外,在温度t=10℃~25℃时,TAN、NO_2~--N的降解速率随着温度的升高不断增加,在t=25℃时曝气生物滤器对TAN、NO_2~--N的处理速率最高。其中t=25℃、p H=7.7时,生物滤器对TAN的氧化速率最高,达到0.7931 mgL~(-1)h~(-1);t=25℃、pH=7.5时,生物滤器对NO_2~--N的氧化速率最高。研究还发现在t=10℃~25℃、p H=7.0~8.5时,亚硝酸盐积累的现象随着温度和pH值的升高而不断加剧,在t=25℃、p H=8.5时亚硝酸盐积累最严重。生物滤器的硝化功能是硝化细菌共同发挥作用的结果,受环境因素影响较大。因此适宜的温度及pH是生物滤器高效稳定运行的保证。(3)在平均进水温度为30℃,盐度为30‰,溶解氧(DO)在6.0 mg/L左右的条件下,研究不同氨氮浓度(氨氮浓度为0.5mg/L、1.5mg/L、3.0mg/L、6.0mg/L、9.0 mg/L)对生物滤器硝化能力的影响。研究发现,生物滤器对进水氨氮浓度有一定的缓冲能力,在一定的氨氮浓度变化范围内生物滤器在20~25d左右便可适应新的进水条件。实验还发现相比进水氨氮浓度降低,氨氮浓度升高突变时生物滤器的波动更大。另外,生物滤器的进水氨氮浓度越高,其硝化能力越强,对TAN、NO_2~--N的处理效果最好,其中进水氨氮为9.0mg/L时,氨氮的降解速率为2.57mgl~(-1)h~(-1);氨氮为6.0 mg/L时,氨氮的降解速率为2.00mgl~(-1)h~(-1);氨氮为3.0 mg/L时,氨氮的降解速率为1.71mgl~(-1)h~(-1);氨氮为1.5 mg/L时,氨氮的降解速率为1.50 mgl~(-1)h~(-1);氨氮为0.5 mg/L时,氨氮的降解速率为1.0 0mgl~(-1)h~(-1)。研究还发现生物滤器在运行的过程中会出现NO2--N短期积累的现象,而且进水氨氮浓度越高,生物滤器内短周期积累的NO_2~--N浓度越高。循环水养殖过程中,应该根据养殖生物所能够耐受的TAN、NO_2~--N的浓度进行调整生物滤器的HRT,这样在保证不影响养殖生物生长的情况下,降低循环水的能耗,减少经济投入。
【学位单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X714
【部分图文】：

图 1-1 封闭循环水养殖系统示意图Fig. 1-1 The schematic of Recirculating Aquaculture SystemRAS中各水处理单元的功能如下：（1）固液分离器固液分离器的工作原理是通过离心力、重力的作用去除养殖水体中的大颗物（残饵、粪便等）。其作为 RAS 的第一个水处理装置极大地减轻了后续水处的工作负荷，不仅极大地降低了管道设备被堵塞的风险而且能够降低局部水头降低能耗减少生产运行成本。（2）微滤机或弧形筛微滤机、弧形筛的工作原理是利用较细孔径的筛网滤除养殖水体中的细物，进一步减小生物滤器的工作负荷。其对细小颗粒物的滤除取决于筛网的小，筛网孔径越小其工作效率越高，有研究表明筛网目数在 200 目时对水体的

出水取样口 9、生物滤器进水取样口 10、曝气泵 11、生物滤器ible pump 2、Baffle plate 3、Overflow pipe 4、Water storage taner 6、Airstone 7、Filler 8、Biofilter water outlet 9、Biofilter inleration pump 11、Biofilter向为水流方向 direction for water flow.图 2-1 实验装置示意图Fig.2-1 Experimental device diagram用直径 2.5 cm、厚度 0.4 cm、64 孔的环形塑料悬浮填料曹春艳与何正光皆发现悬浮填料填充率在 30%时水处理于桐乡市小老板特种塑料制品有限公司，代码为 XLB-1。填料实物图，见图 2-2。

图 2-4 生物滤器挂膜阶段氨氮的去除情况Fig. 2-4 Removal of ammonia nitrogen during biofilter hanging film stage养殖系统水环境中的无机氮主要为氨氮[62]，氨氮浓度超标会影响养殖生物的正常长甚至会导致死亡造成经济损失[63]。降低并有效的控制养殖水体中的氨氮浓度是循水养殖产业健康发展的保障。本研究中发现，在挂膜阶段与其他处理组相比 pH=7.处理组生物滤器会迅速建立硝化功能而且挂膜时间较短。在 pH=7.5 左右生物滤器TAN 的处理效果最佳与吕永涛等[64]的研究结果（在研究短程硝化过程中发现，pH为 7. 5 时，氨氮降解率达到最大）一致。徐婷等[65]在研究 pH 值对短程硝化过程动学的影响时，发现在 pH=7.3~8范围内 AOB 的浓度达到最大，氨氮降解率最大。2.3.2 生物滤器挂膜阶段 NO2--N 处理能力的变化情况挂膜阶段，不同 pH（pH=7.0、7.5、8.0、8.5）条件下流化床生物滤器对 NO2的去除效率如图 2-5 所示。从图 3 整体趋势来看，挂膜阶段不同 pH 条件下 NO2--N流化床生物滤器中的变化主要分为 2 个时期：积累期（生物滤器出水 NO--N 的浓
【参考文献】

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本文编号：2836414