CN110683657A - 基于微生物降解的养殖污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于微生物降解的养殖污水处理方法，属于环保技术领域，包括提供负载藻菌的过滤填料对污水进行初步吸附和过滤；提供固定藻菌球粒对污水进行共生净化；上述藻菌置于无氮磷培养环境下进行扩大化培养，并在负载或固定前进行氮磷驯化，驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比至少为25％，磷的重量百分比至少为20％。本发明除污除臭处理效果显著，能适应污水氮磷含量、处理温度大幅变化，微生物氮磷耐受能力和去除率高，处理投入成本和能耗低；所用过滤填料负载量大，吸附容量和吸附效率高，保存期生物损失低；所用固定藻菌球粒传质效率高，抗微生物分解性能好，保存期和有效使用期长，微生物在较低温度下污水处理效率高。

Description

基于微生物降解的养殖污水处理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及基于微生物降解的养殖污水处理方法。

背景技术

我国是世界上最大的水产养殖国家，水产养殖在保障国家粮食安全、稳定水产品供应等方面发挥着巨大的作用，随着人们对食物质量需求的进一步提高，水产养殖业还有很大的发展空间。虽然我国的水产养殖规模很大，但由于生产方式落后，目前普遍存在着水资源消耗大、养殖污染重、生产效率低等突出问题，严重制约了水产养殖的健康可持续发展。

水产养殖过程中产生了水产养殖污水。在水产养殖污水中，残余饵料和粪便的分解；池塘底泥沉积物的分解；肥料和药物的积累产生了氨氮、亚硝酸盐和磷酸盐等化学物质。目前，养殖场污水处理设施不完备，部分污水处理未达标甚至未经处理直接排放，容易引发疾病或灾害以及水产养殖产品质量降低等问题，污染物超过水体自净能力将引起水体日益恶化，出现水体富营养化现象，破坏水生态环境平衡，构成了对自然生态系统和人类健康的严重威胁。

随着规模化、集约化的发展水产养殖业，对水产养殖污水治理的研究成为热点。目前，按污水处理技术污水处理包括活性污泥法、厌氧法、生物膜法等，这些工艺均存在缺点：活性污泥法占地面积大、能耗高、剩余污泥产生量大、对难降解有机污水处理效果差等；厌氧法反应器内生物量启动时间较长，出水水质不能满足排放标准，且厌氧处理在低温下动力学速率低；生物膜法出水水质不够理想，负荷低、抗冲击能力差等，难以满足日益严格的污水排放标准。因此，需要开发经济、高效、绿色的污染控制与治理技术以减少水环境中污染物的危害，而具有低廉的成本、较高的效率、无二次污染、对环境绿色友好等优点的生物治理法，成为治理水产养殖污水最有前途的治理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种除污除臭处理效果显著；能适应污水氮磷含量、处理温度大幅变化，耐冲击负荷能力强；微生物氮磷耐受能力和去除率高；处理投入成本和能耗低的基于微生物降解的养殖污水处理方法，该方法中所用过滤填料微生物负载量大，吸附容量和吸附效率高，能降低保存期的生物损失；所用固定藻菌球粒传质效率高，抗微生物分解性能好，保存期和有效使用期长，固定化的微生物在较低温度下污水处理效率高。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

基于微生物降解的养殖污水处理方法，包括：提供负载藻菌的过滤填料，上述填料对上述污水进行初步吸附和过滤；提供固定藻菌球粒，上述球粒对经上述填料处理过的污水进行共生净化；上述藻菌置于无氮磷培养环境下进行扩大化培养，并在负载或固定前进行氮磷驯化，上述驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比至少为25％，磷的重量百分比至少为20％。该处理方法能去除污水中的COD、氮磷有机物、金属离子等，增加污水中溶氧量，处理量和处理效率高，能适应污水的氮磷含量、处理温度的变化，耐冲击负荷能力强，净化水质、耐污除臭效果显著，污水处理投入成本和能耗低，实现了污水无害化；该方法中所用填料和球粒对微生物负载量大，兼具吸附和固定微生物的能力，增加工作效率，皆能回收利用或作为优质的生物肥料使用，无二次污染。

对本发明而言，氮磷驯化采用氮磷浓度递增的方式，上述氮磷浓度以5％的浓度梯度递增，氮磷浓度增加间隔时间为24-36h。优选地，驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比为25-35％，磷的重量百分比为20-30％。驯化微生物的目的是刺激微生物对氮磷的敏感性，使其能快速适应较高浓度氮磷存在的环境，使微生物在高浓度氮磷污水中能较好的生长，且提高对氮磷的去除率。

对本发明而言，污水处理方法中还提供絮凝剂对共生净化步骤后的污水进行沉淀处理；上述絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、硫酸亚铁中的至少一种，投加量为5-20g/L，絮凝沉淀反应时间为1-4h。在絮凝剂作用下，污水中包括微生物代谢产物在内的有机悬浮物凝聚成絮凝体，沉淀后进行泥水分离，能进一步降低污水的浊度，下层沉淀物可焚烧处理或填埋处理或作肥料处理，上层清液经过滤后流入清水池消毒杀菌处理后，待排放或回收利用，对所得最终污水进行回收利用，可减少养殖及污水处理投入成本。

对本发明而言，污水处理方法中还提供固液分离；上述固液分离操作在过滤填料处理步骤前，用以对原始养殖污水进行初步分离处理。固液分离操作中，原始养殖污水汇总集中后，通过格栅和泥水分离能去除污水中大分子污染物，降低后续污水处理负荷和成本，还能防止泵、管道、阀门等堵塞，延长设备的使用寿命，所得固体经压榨后可做肥料使用，无二次污染。

对本发明而言，负载或固定所用藻为蛋白核小球藻；菌为枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、反硝化菌、硝化菌和光合细菌中的至少一种；藻类和菌类的重量比为1-2:1。藻类在新陈代谢过程中会释放很多小分子物质被细菌利用，细菌也会向周围环境释放酶类、维生素、糖肽类物质以促进藻类的生长。藻菌微生物在污水中协同作用，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，能降解并吸收污染物，发展成污水中的优势菌藻，能有效避免有机物和有害物质的积累，如酚类、芳香烃类以及氨氮、磷等，利用光合作用增加水体中溶氧量，且能减少氨气和/或硫化物等臭味物质，达到净化水质、耐污除臭的显著效果。

对本发明而言，藻菌在无氮磷培养环境中的培养条件为：光暗比12h:12h、光照强度为3000-6000Lx、温度为25-30℃，藻类培养周期为10-15d，菌类培养周期为48-96h。优选地，光照强度为3000-5000Lx，温度为25-28℃。活化后的菌种和藻种在无氮磷、最适光照和温度环境下生长，在培养周期内数量呈几何级数稳定增加，能快速生长成优势藻种和菌种，有利于后续对藻菌进行氮磷驯化，能有效增加藻菌的氮磷耐受能力和去除能力。

对本发明而言，过滤填料的载体为粉煤灰和植物秸秆制成的块状胚体，上述胚体通过以下方法获得：将葡甘聚糖于50-60℃下水浴溶解形成浓度为35-60g/L的均一溶液，然后向溶液中添加粉煤灰和植物秸秆粉末均匀形成的混合物，机械搅拌20-40min后，压制成50×40×20cm的胚体，干燥即得。葡甘聚糖将粉煤灰和植物秸秆交联紧密，通过压制形成的胚体后期回收利用方便，且不用进行高温烧结，节约能源和能耗，降低了污水处理成本。粉煤灰表面具有亲水性，与植物秸秆压制成的胚体粗糙多孔，具有良好的孔隙率，与污水接触面积大，且其中的活性基团具有良好的吸附性能和沉淀作用，能使得污水中有机污染物被截留并被微生物降解利用，处理后的过滤填料中含有藻菌、有机物等丰富物质，能制成优质的有机肥料回收使用，且无二次污染。

对本发明而言，植物秸秆粉末为过200-400目筛的粉末，混合物中粉煤灰和植物秸秆粉末的重量比为1:0.1-0.5，混合物与葡甘聚糖的重量比为1-5:2。优选地，混合物中粉煤灰和植物秸秆粉末的重量比为1:0.3-0.5，混合物与葡甘聚糖的重量比为2.5-5:2。植物秸秆既能作为碳源使得微生物能在填料中保持生物活性并进行低量繁殖，给藻菌提供了良好的生长环境，降低保存期的生物损失，又能作为填料利用大量孔隙以吸附和截留污染物，净化水质效果突出。

对本发明而言，负载藻菌的过滤填料在填料池中的铺设厚度为60-80cm，污水流经填料池的流速为5-10L/s。污水流经填料时，通过填料中多孔和缝隙结构向内部传质，传质效率高，既能润湿填料并有效截留和吸附污染物，又能使得固定其中的微生物和污水的接触面积增大，有效提高微生物除污效率和增强净化效果，填料对微生物具有固定化作用，避免了在水体中简单投加微生物，以致微生物随水体流动而不稳定，进而导致污水处理效率低的问题。

对本发明而言，藻菌通过以下方法负载于过滤填料：将填料胚体置于完成氮磷驯化的藻菌培养液中培养2-3d后，取出即得。将藻菌固定在载体上，使其高度密集并保持生物活性，在污水处理时能快速、大量增殖，既有利于微生物长期保存并抵抗不利环境的影响，又有利于处理后的固液分离，易于回收，缩短处理所需的时间，增加工作效率。

对本发明而言，固定藻菌球粒制备步骤如下：取海藻酸钠置于去离子水中，于50-60℃水浴中溶解形成溶液，然后将藻菌添加入海藻酸钠溶液中，搅拌30-90min获得混合体系后，以1-5L/s的流速将混合体系送入氯化钙溶液中，并以200-300r/min的速率不断搅拌氯化钙溶液，在25-35℃下交联2-4h，再将球粒筛选出来静置1-2h完成固定化，然后用去离子水洗涤2-3次，即得固定藻菌球粒。制得的球粒圆整性好，负载量和包封率高，对微生物毒性小，保证微生物的高生物活性和高密度，能增大微生物在净化池中的空间分布，化学性能稳定。球粒具有多孔结构，传质性能优异，为藻菌与污水的接触提供了较大的比表面积，同时也具有吸附作用，增加了污染物去除效率，具有较强的耐盐耐污能力和治理净化能力，且克服了微生物细胞较小、与液体分离难等问题，有利于后期回收循环利用。

对本发明而言，藻菌添加量为海藻酸钠重量的50-75％；海藻酸钠溶液的质量浓度为2-4％，氯化钙溶液的质量浓度为5-6％；上述氯化钙溶液中含有重量占比分别为0.05-0.1％的3,3'-二氢氧啉酸和0.05-0.15％的1-丁氧基-2-丙醇。优选地，氯化钙溶液中含有重量占比分别为0.07-0.1％的3,3'-二氢氧啉酸和0.1-0.15％的1-丁氧基-2-丙醇。海藻酸钠在氯化钙溶液中形成粒状，并将藻菌包埋在其网络状孔隙中，氯化钙溶液中3,3'-二氢氧啉酸和1-丁氧基-2-丙醇能发挥协同作用，能利用羧基、羟基官能团在海藻酸钠交联时嵌入其交联结构中，使得球粒表面机械强度增加，从而提高了球粒的传质效率，同时增强了球粒的抗微生物分解性能，延长了球粒的保存期和有效使用期，另一方面交联结构被微生物分解后，两者被藻菌吸收并能持续刺激藻菌中磷酸脱氢酶处于高活性状态，使得藻菌能在较低温度在保持高活性，增加了污水处理的温度范围，使得污水处理温度范围从24-30℃扩大到19-30℃，有利于增加较低温度下污水处理效率，降低污水处理能耗和成本。

对本发明而言，固定藻菌球粒的使用量为150-250粒/L；固定藻菌球粒的使用环境温度为19-30℃，光暗比12h:12h。在微生物最适环境下使用，能使得球粒中微生物快速繁殖，并参与污染物处理过程，能最大限度地增加污水处理效率。

对本发明而言，污水在投加有固定藻菌球粒的净化池中的反应时间为16-24h，反应结束后，经过滤网过滤，送入絮凝池中投加絮凝剂进行絮凝沉淀处理。

本发明的有益效果为：

1)本发明的方法利用过滤、过滤填料净化、固定藻菌球粒净化、絮凝剂沉淀等步骤对养殖污水进行除污除臭，处理效果显著，污水中溶氧量增加，该方法能适应污水中氮磷含量、处理温度的大幅变化，耐冲击负荷能力强，污水处理投入成本和能耗低；

2)本发明中通过对微生物进行氮磷驯化，能刺激微生物对氮磷的敏感性，使其能快速适应较高浓度氮磷存在的环境，能有效增加藻菌的氮磷耐受能力，提高其对氮磷的去除率；

3)本发明中过滤填料胚体的制备不进行高温烧结，节约能源和能耗，胚体微生物负载量大，表面能升高以致填料的吸附容量和吸附效率提升，所得多孔填料能保持藻菌的生物活性，降低保存期的生物损失，去污除污效果好，且避免了微生物随水体不稳定流动导致污水处理效率低的问题，使用后填料能制成有机肥料回收使用；

4)本发明中固定藻菌球粒负载量和包封率高，保证微生物的高生物活性和高密度，能增大微生物在净化池中的空间分布，球粒传质效率高，抗微生物分解性能好，延长了球粒的保存期和有效使用期，其中的微生物能在较低温度下处理污水，且能回收循环利用。

本发明采用了上述技术方案提供基于微生物降解的养殖污水处理方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为固定藻菌球粒的有效使用期效果测试结果示意图；

图2为固定藻菌球粒在低温环境下的使用效果测试结果示意图；

图3为过滤填料胚体的生物负载量的动态吸附变化示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

本发明实施例中所用蛋白核小球藻购自山东滨州天健生物科技有限公司，乳酸菌、枯草芽孢杆菌和光合细菌购自南京渔丰生物科技有限公司，酵母菌购自沧州市益宏生物科技有限公司，反硝化菌和硝化菌购自福州活水生物技术有限公司。

扩大化培养所用无氮磷培养基成分为：0.1g/100mL的FeSO₄·7H₂O 1mL，0.5g/100mL的Na₂CO₃ 1mL，2.5g/100mL的MgSO₄·7H₂O 1mL，2.5g/100mL的CaCl₂·2H₂O 1mL，50g/100mL的NaHCO₃1mL，0.11g/100mL的Na₂EDTA·2H₂O1mL，0.001g/100mL的H₃BO₃1mL，0.002g/100mL的ZnSO₄·7H₂O 1mL，0.041g/100mL的Na₂MoO₄·2H₂O 1mL，蒸馏水定容至1000mL，pH调节为6.5-7.5。

实施例1：

基于微生物降解的养殖污水处理方法，包括：提供负载藻菌的过滤填料，上述填料对上述污水进行初步吸附和过滤；提供固定藻菌球粒，上述球粒对经上述填料处理过的污水进行共生净化；上述藻菌置于无氮磷培养环境下进行扩大化培养，并在负载或固定前进行氮磷驯化，上述驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比至少为25％，磷的重量百分比至少为20％。该处理方法能去除污水中的COD、氮磷有机物、金属离子等，增加污水中溶氧量，处理量和处理效率高，能适应污水的氮磷含量、处理温度的变化，耐冲击负荷能力强，净化水质、耐污除臭效果显著，污水处理投入成本和能耗低，实现了污水无害化；该方法中所用填料和球粒对微生物负载量大，兼具吸附和固定微生物的能力，增加工作效率，皆能回收利用或作为优质的生物肥料使用，无二次污染。

上述氮磷驯化采用氮磷浓度递增的方式，上述氮磷浓度以5％的浓度梯度递增，氮磷浓度增加间隔时间为28h。优选地，驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比为35％，磷的重量百分比为25％。驯化微生物的目的是刺激微生物对氮磷的敏感性，使其能快速适应较高浓度氮磷存在的环境，使微生物在高浓度氮磷污水中能较好的生长，且提高对氮磷的去除率。

上述污水处理方法中还提供絮凝剂对共生净化步骤后的污水进行沉淀处理；上述絮凝剂为聚丙烯酰胺和硫酸亚铁的等比例混合物，投加量为15g/L，絮凝沉淀反应时间为2.5h。在絮凝剂作用下，污水中包括微生物代谢产物在内的有机悬浮物凝聚成絮凝体，沉淀后进行泥水分离，能进一步降低污水的浊度，下层沉淀物可焚烧处理或填埋处理或作肥料处理，上层清液经过滤后流入清水池消毒杀菌处理后，待排放或回收利用，对所得最终污水进行回收利用，可减少养殖及污水处理投入成本。

上述污水处理方法中还提供固液分离；上述固液分离操作在过滤填料处理步骤前，用以对原始养殖污水进行初步分离处理。固液分离操作中，原始养殖污水汇总集中后，通过格栅和泥水分离能去除污水中大分子污染物，降低后续污水处理负荷和成本，还能防止泵、管道、阀门等堵塞，延长设备的使用寿命，所得固体经压榨后可做肥料使用，无二次污染。

上述负载或固定所用藻为蛋白核小球藻；菌为枯草芽孢杆菌、反硝化菌、硝化菌和光合细菌的等比例混合菌；藻类和菌类的重量比为1.5:1。藻类在新陈代谢过程中会释放很多小分子物质被细菌利用，细菌也会向周围环境释放酶类、维生素、糖肽类物质以促进藻类的生长。藻菌微生物在污水中协同作用，互不拮抗，活性高，生物量大，繁殖快，能降解并吸收污染物，发展成污水中的优势菌藻，能有效避免有机物和有害物质的积累，如酚类、芳香烃类以及氨氮、磷等，利用光合作用增加水体中溶氧量，且能减少氨气和/或硫化物等臭味物质，达到净化水质、耐污除臭的显著效果。

上述藻菌在无氮磷培养环境中的培养条件为：光暗比12h:12h、光照强度为4000Lx、温度为25℃，藻类培养周期为12d，菌类培养周期为72h。活化后的菌种和藻种在无氮磷、最适光照和温度环境下生长，在培养周期内数量呈几何级数稳定增加，能快速生长成优势藻种和菌种，有利于后续对藻菌进行氮磷驯化，能有效增加藻菌的氮磷耐受能力和去除能力。

上述过滤填料的载体为粉煤灰和植物秸秆制成的块状胚体，上述胚体通过以下方法获得：将葡甘聚糖于50℃下水浴溶解形成浓度为45g/L的均一溶液，然后向溶液中添加粉煤灰和植物秸秆粉末均匀形成的混合物，机械搅拌30min后，压制成50×40×20cm的胚体，干燥即得。葡甘聚糖将粉煤灰和植物秸秆交联紧密，通过压制形成的胚体后期回收利用方便，且不用进行高温烧结，节约能源和能耗，降低了污水处理成本。粉煤灰表面具有亲水性，与植物秸秆压制成的胚体粗糙多孔，具有良好的孔隙率，与污水接触面积大，且其中的活性基团具有良好的吸附性能和沉淀作用，能使得污水中有机污染物被截留并被微生物降解利用，处理后的过滤填料中含有藻菌、有机物等丰富物质，能制成优质的有机肥料回收使用，且无二次污染。

上述植物秸秆粉末为过200目筛的粉末，混合物中粉煤灰和植物秸秆粉末的重量比为1:0.5，混合物与葡甘聚糖的重量比为3:2。植物秸秆既能作为碳源使得微生物能在填料中保持生物活性并进行低量繁殖，给藻菌提供了良好的生长环境，降低保存期的生物损失，又能作为填料利用大量孔隙以吸附和截留污染物，净化水质效果突出。

上述负载藻菌的过滤填料在填料池中的铺设厚度为60cm，污水流经填料池的流速为8L/s。污水流经填料时，通过填料中多孔和缝隙结构向内部传质，传质效率高，既能润湿填料并有效截留和吸附污染物，又能使得固定其中的微生物和污水的接触面积增大，有效提高微生物除污效率和增强净化效果，填料对微生物具有固定化作用，避免了在水体中简单投加微生物，以致微生物随水体流动而不稳定，进而导致污水处理效率低的问题。

上述藻菌通过以下方法负载于过滤填料：将填料胚体置于完成氮磷驯化的藻菌培养液中培养2d后，取出即得。将藻菌固定在载体上，使其高度密集并保持生物活性，在污水处理时能快速、大量增殖，既有利于微生物长期保存并抵抗不利环境的影响，又有利于处理后的固液分离，易于回收，缩短处理所需的时间，增加工作效率。

上述固定藻菌球粒制备步骤如下：取海藻酸钠置于去离子水中，于50℃水浴中溶解形成溶液，然后将藻菌添加入海藻酸钠溶液中，搅拌60min获得混合体系后，以2.5L/s的流速将混合体系送入氯化钙溶液中，并以300r/min的速率不断搅拌氯化钙溶液，在25℃下交联3h，再将球粒筛选出来静置1.5h完成固定化，然后用去离子水洗涤2次，即得固定藻菌球粒。制得的球粒圆整性好，负载量和包封率高，对微生物毒性小，保证微生物的高生物活性和高密度，能增大微生物在净化池中的空间分布，化学性能稳定。球粒具有多孔结构，传质性能优异，为藻菌与污水的接触提供了较大的比表面积，同时也具有吸附作用，增加了污染物去除效率，具有较强的耐盐耐污能力和治理净化能力，且克服了微生物细胞较小、与液体分离难等问题，有利于后期回收循环利用。

上述藻菌添加量为海藻酸钠重量的65％；海藻酸钠溶液的质量浓度为3.5％，氯化钙溶液的质量浓度为5.5％；上述氯化钙溶液中含有重量占比分别为0.08％的3,3'-二氢氧啉酸和0.12％的1-丁氧基-2-丙醇。海藻酸钠在氯化钙溶液中形成粒状，并将藻菌包埋在其网络状孔隙中，氯化钙溶液中3,3'-二氢氧啉酸和1-丁氧基-2-丙醇能发挥协同作用，能利用羧基、羟基官能团在海藻酸钠交联时嵌入其交联结构中，使得球粒表面机械强度增加，从而提高了球粒的传质效率，同时增强了球粒的抗微生物分解性能，延长了球粒的保存期和有效使用期，另一方面交联结构被微生物分解后，两者被藻菌吸收并能持续刺激藻菌中磷酸脱氢酶处于高活性状态，使得藻菌能在较低温度在保持高活性，增加了污水处理的温度范围，使得污水处理温度范围从24-30℃扩大到19-30℃，有利于增加较低温度下污水处理效率，降低污水处理能耗和成本。

上述固定藻菌球粒的使用量为180粒/L；固定藻菌球粒的使用环境温度为19-30℃，光暗比12h:12h。在微生物最适环境下使用，能使得球粒中微生物快速繁殖，并参与污染物处理过程，能最大限度地增加污水处理效率。

上述污水在投加有固定藻菌球粒的净化池中的反应时间为20h，反应结束后，经过滤网过滤，送入絮凝池中投加絮凝剂进行絮凝沉淀处理。

实施例2：

基于微生物降解的养殖污水处理方法，其具体步骤如下：

(1)取蛋白核小球藻在SE培养基中活化培养3d，取酵母菌、乳酸菌、反硝化菌、硝化菌和光合细菌等比例混合菌于LB培养基中活化培养24h，回收藻种和菌种，按重量比2:1取藻种和菌种分别接种于无氮磷培养基中，藻种于光暗比12h:12h、光照强度4000Lx、温度为25℃条件下培养15d，菌种于光暗比12h:12h、光照强度5000Lx、温度为28℃条件下培养72h，即完成藻菌在无氮磷环境下的扩大化培养；

(2)向无氮磷培养基中添加NaNO₂和K₂HPO₄，每间隔36h以5％的浓度梯度添加，直至培养环境中氨氮的重量百分比增加至30％，磷的重量百分比增加至25％，即完成藻菌的氮磷驯化；

(3)将植物秸秆粉碎成过300目筛的粉末，按重量比为1:0.3将粉煤灰和植物秸秆粉末混合形成混合物，然后将葡甘聚糖于55℃下水浴溶解形成浓度为50g/L的均一溶液，然后向溶液中添加与葡甘聚糖的重量比为5:2的混合物，机械搅拌40min后，压制成50×40×20cm的胚体，干燥即得块状胚体，将块状胚体置于完成氮磷驯化的藻菌培养液中培养3d后，取出，即得负载藻菌的过滤填料；

(4)取海藻酸钠置于去离子水中，于60℃水浴中溶解形成质量浓度为3.5％的溶液，然后将完成氮磷驯化的藻菌添加入海藻酸钠溶液中，搅拌60min获得混合体系后，以3L/s的流速将混合体系送入质量浓度为5.5％的氯化钙溶液中，并以200r/min的速率不断搅拌氯化钙溶液，在30℃下交联2.5h，再将球粒筛选出来静置2h完成固定化，然后用去离子水洗涤3次，即得固定藻菌球粒，上述藻菌添加量为海藻酸钠重量的60％，氯化钙溶液中含有重量占比分别为0.07％的3,3'-二氢氧啉酸和0.13％的1-丁氧基-2-丙醇；

(5)原始养殖污水汇总集中后，通过格栅和泥水分离去除污水中大分子污染物，然后将固液分离所得液体送入填料池，所得固体经压榨后可做肥料使用；

(6)将负载藻菌的过滤填料在填料池中部铺设，铺设厚度为80cm，然后以10L/s的流速送入污水，通过填料的污水送入净化池；

(7)向净化池中按200粒/L的量投加固定藻菌球粒，在环境温度为19-30℃、光暗比12h:12h的条件下反应24h，反应结束后，经过滤网过滤，送入絮凝池，球粒可回收循环使用，过滤所得沉淀做肥料使用；

(8)向絮凝池的污水中以20g/L的量投加絮凝剂，絮凝剂为聚丙烯酰胺和聚合氯化铝等比例混合物，絮凝反应2h后，进行泥水分离，下层沉淀物可焚烧处理或填埋处理或作肥料处理，上层清液经过滤后流入清水池消毒杀菌处理后，待排放或回收利用。

实施例3：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：步骤(3)中制得的葡甘聚糖溶液中含有0.05mM的硫代二丙酸和0.1mM的3-双(羟甲基)脲，葡甘聚糖在粉煤灰和植物秸秆中起联结作用，使得两者紧密结合，硫代二丙酸和3-双(羟甲基)脲能与葡甘聚糖的羟基、醛基发生作用，使得葡甘聚糖的链结构发生改变，在形成凝胶时能抑制微凝胶形成，并借助空间位阻使得网格空间变大，松弛空间能包埋更多微生物细胞，增加填料的微生物负载量，另一方面两者与葡甘聚糖在填料中均匀分布，与粉煤灰中的金属键发生氢键链接，使得填料表面活性被激活，表面能升高，使得污水流经填料时能在填料表面形成薄膜并向内部传质，使填料内部能有效润湿，并联合内部网状结构，有效增加对污水中污染物的吸附效率，增加填料的吸附容量，提高去污除污效果。

实施例4：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：步骤(4)中所用氯化钙溶液中未添加3,3'-二氢氧啉酸和1-丁氧基-2-丙醇。

实施例5：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：本实施例步骤(1)中完成藻菌活化后，置于氨氮重量百分比为30％、磷的重量百分比为25％的培养环境中进行扩大化培养，培养完成后，进行填料负载或球粒固定化操作，即本实施例中未对藻菌进行氮磷驯化操作。

实施例6：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：步骤(3)制得的块状胚体直接作为步骤(6)中所用填料，未进行藻菌负载操作。

实施例7：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：步骤(6)中未使用本发明的胚体填料，所用填料为级配砂石，其中河砂与鹅卵石的重量比为4:1，河砂的细度为1-5mm，鹅卵石粒度为1-5cm，铺设厚度为80cm，然后以10L/s的流速送入污水，通过填料的污水送入净化池。

实施例8：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：步骤(7)中未使用固定藻菌球粒，而是将完成氮磷驯化的游离态藻菌从培养液中回收后，直接投加进净化池污水中，投加量为80g/L，然后在环境温度为19-30℃、光暗比12h:12h的条件下反应24h，反应结束后，经过滤网过滤，送入絮凝池，球粒可回收循环使用，过滤所得沉淀做肥料使用。

试验例1：

不同处理方法对养殖污水水质的处理效果试验

在某养猪场进行污水处理效果试验，收集该养猪场的养殖污水7t，分别按照实施例2-8的处理方法处理1t养殖污水，其中净化池污水处理温度统一为24℃，收集处理后的污水，并进行水质指标测定，测定方法如下：COD-比色法，氨氮-纳氏试剂分光光度法，总磷量-钼-锑-抗分光光度法，悬浮物-干燥减重法，硫化氢-气相分子吸收光谱法，氨气-纳氏试剂分光光度法。去除率＝(处理前含量-处理后含量)/处理前含量×100％。结果如下表1所示。

表1不同处理方法对养殖污水水质的处理效果试验结果

由上表可知，实施例2处理后水质中各污染物的去除率分别为COD-97.7％、氨氮-97.0％、总磷量-98.5％、悬浮物-97.7％、硫化氢-86.0％、氨气-77.7％；实施例3较实施例2表现出显著的优化效果，优化项表现出的清除率为氨氮-98.0％、悬浮物-98.4％、硫化氢-89.8％，说明实施例3的处理方法较实施例2得到优化，实施例3中负载藻菌的填料对污水的去污除污效果更显著；处理后水质达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)，且硫化氢和氨气去除效果显著，能降低养猪场恶臭物质排放浓度。实施例4相较实施例2中各污染物去除效果显著下降，说明实施例4中制得的固定藻菌球粒的除污效率和效果显著降低，实施例2中固定藻菌球粒的制备方法更能适用于养殖污水的处理。

由上表可知，实施例5较实施例2处理后污水中氨氮和总磷量去除效果最差，说明微生物经氮磷驯化能增加微生物对污水中高氮磷的敏感性和去除率；实施例6较实施例2处理后污水中各污染物去除效果显著下降，说明实施例2中使胚体填料负载微生物能显著提升污水处理效果；实施例7较实施例2处理后污水中各污染物去除效果显著下降，较实施例6中悬浮物处理效果显著下降，说明本发明中的胚体填料具有较砂石更优的吸附去污效果；实施例8较实施例2处理后污水中各污染物去除效果显著下降，说明实施例2中所制固定藻菌球粒较游离态藻菌对污水的处理效果更优，处理效率更高。

试验例2：

不同制备方法对固定藻菌球粒的影响试验

(1)取实施例2和实施例4的所制的固定藻菌球粒以10粒/L的量分别投入1L的试验例1污水样品中，分别设实施例2为试验组1，实施例4为试验组2，另外取实施例8中游离态藻菌以8g/L的量投入1L的试验例1污水样品中，并设为对照组，每组3个平行。各组分别置于温度25℃、光暗比12h:12h、光照强度4000Lx的条件下持续反应7d，每天早上8:00取污水样品10mL，测定其中的氨氮含量作为水质净化效果指标，以此检测固定藻菌球粒的抗微生物分解性能和有效使用期。结果及分析如附图1所示。

图1为固定藻菌球粒的有效使用期效果测试结果示意图。由图可知，试验初期污水中氨氮含量为157.6mg/L，试验期结束时，试验组1的氨氮含量为20.4mg/L，试验组2的氨氮含量为28.2mg/L，对照组的氨氮含量为44.1mg/L，试验组较对照组的氨氮去除效果好，是由于球粒对藻菌的固定化作用，避免了游离态藻菌随水体流动不稳定而导致污水处理效率低的问题。对比各组藻菌的有效处理期发现，游离态藻菌从第4天以后处理效率显著下降，污水中氨氮含量基本平稳不再下降，试验组2从第5天以后处理得污水中氨氮含量基本平稳不再下降，试验组1持续到第7天污水中氨氮含量仍然处于下降趋势，说明实施例2较实施例4中制备方法所制的固定藻菌球粒具有更长的有效使用期，也具有更佳的抗微生物分解性能，有利于大量制备并长期保存，节约设备开关的能源及人工损耗。

(2)取实施例2和实施例4的所制的固定藻菌球粒以15粒/L的量分别投入1L的试验例1污水样品中，分别设实施例2为试验组1，实施例4为试验组2，另外取实施例8中游离态藻菌以10g/L的量投入1L的试验例1污水样品中，并设为对照组，每组3个平行。各组分别置于温度20℃、光暗比12h:12h、光照强度4000Lx的条件下持续反应7d，每天早上8:00取污水样品10mL，测定其中的氨氮含量作为水质净化效果指标，以此检测固定藻菌球粒在较低温度下的污水处理效果。结果及分析如附图2所示。

图2为固定藻菌球粒在低温环境下的使用效果测试结果示意图。由图可知，试验初期污水中氨氮含量为157.5mg/L，试验期结束时，试验组1的氨氮含量为31.2mg/L，试验组2的氨氮含量为82.4mg/L，对照组的氨氮含量为91.7mg/L。游离态藻菌和实施例4所制球粒对氨氮的处理效果差异不显著，两者在较低温度下藻菌活性较低，因此氨氮处理效果不佳；实施例2所制固定藻菌球粒在较低温度下仍保持较高生物活性，氨氮的处理效果显著优异其他两组，说明实施例2较实施例4中制备方法所制的固定藻菌球粒具有更宽的污水处理的温度范围，能适用于较低温度下的污水处理操作，能显著降低污水处理能耗和成本。

试验例3：

不同制备方法对负载藻菌的过滤填料的影响试验

微生物负载量测定：分别取15块实施例2和实施例3中制得的块状胚体切割成5×4×2cm的规格，分别设实施例2为试验组1，实施例3为试验组2，另外制得不加植物秸秆粉末的相同大小规格的粉煤灰胚体15块，设为对照组1，制得不加粉煤灰的相同大小规格的植物秸秆粉末胚体15块，设为对照组2，每组3个平行。将各组试验样品置于相同量的细菌浓度为20×10⁷cfu/mL的光合细菌菌悬液中，置于温度28℃、光暗比12h:12h、光照强度5000Lx的条件下进行吸附反应试验，试验周期为24h，试验期间每隔4h取5μL菌悬液，用茚三酮法测定菌悬液中蛋白质含量，算得菌悬液中剩余细菌数量及浓度，获得胚体吸附的细菌数量。结果及分析如附图3所示。

图3为过滤填料胚体的生物负载量的动态吸附变化示意图。试验结束时，试验组1中胚体吸附的细菌量为13.7×10⁷cfu/mL，试验组2中胚体吸附的细菌量为15.5×10⁷cfu/mL，对照组1中胚体吸附的细菌量为8.6×10⁷cfu/mL，对照组2中胚体吸附的细菌量为6.8×10⁷cfu/mL。由图可知，对照组胚体对微生物的负载量与试验组间存在显著差异，说明粉煤灰与植物秸秆配伍压制成的胚体具有更好的孔隙率，与污水接触面积大，较单一使用时能增强其吸附性能；试验组2较试验组1的微生物负载量更大，说明实施例3较实施例2中制备方法制得的填料胚体有更大的吸附容量和微生物负载量，有利于增加对污水中污染物的吸附和去除效率，提高去污除污效果。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.基于微生物降解的养殖污水处理方法，包括：

提供负载藻菌的过滤填料，所述填料对所述污水进行初步吸附和过滤；及，提供固定藻菌球粒，所述球粒对经所述填料处理过的污水进行共生净化；

所述藻菌置于无氮磷培养环境下进行扩大化培养，并在负载或固定前进行氮磷驯化；所述驯化操作终止时，培养环境中氨氮的重量百分比至少为25％，磷的重量百分比至少为20％。

2.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述氮磷驯化采用氮磷浓度递增的方式，所述氮磷浓度以5％的浓度梯度递增，氮磷浓度增加间隔时间为24-36h。

3.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述负载或固定所用藻为蛋白核小球藻，菌为枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、反硝化菌、硝化菌和光合细菌中的至少一种；所述藻类和菌类的重量比为1-2:1。

4.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述藻菌在无氮磷培养环境中的培养条件为：光暗比12h:12h、光照强度为3000-6000Lx、温度为25-30℃，藻类培养周期为10-15d，菌类培养周期为48-96h。

5.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述过滤填料的载体为粉煤灰和植物秸秆制成的块状胚体；所述胚体通过以下方法获得：将葡甘聚糖水浴溶解形成浓度为35-60g/L的均一溶液，然后向溶液中添加粉煤灰和植物秸秆粉末均匀形成的混合物，机械搅拌20-40min后，压制成50×40×20cm的胚体，干燥即得。

6.根据权利要求5所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述植物秸秆粉末为过200-400目筛的粉末，所述混合物中粉煤灰和植物秸秆粉末的重量比为1:0.1-0.5，所述混合物与葡甘聚糖的重量比为1-5:2。

7.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述藻菌通过以下方法负载于过滤填料：将填料胚体置于完成氮磷驯化的藻菌培养液中培养2-3d后，取出即得。

8.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述固定藻菌球粒制备步骤如下：取海藻酸钠水浴中溶解形成溶液，然后将藻菌添加入海藻酸钠溶液中，搅拌获得混合体系后，以1-5L/s的流速将混合体系送入氯化钙溶液中，并以200-300r/min的速率不断搅拌氯化钙溶液，在25-35℃下交联2-4h，再将球粒筛选出来静置1-2h完成固定化，洗涤，即得。

9.根据权利要求8所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述藻菌添加量为海藻酸钠重量的50-75％；所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2-4％，氯化钙溶液的质量浓度为5-6％；所述氯化钙溶液中含有重量占比分别为0.05-0.1％的3,3'-二氢氧啉酸和0.05-0.15％的1-丁氧基-2-丙醇。

10.根据权利要求1所述的基于微生物降解的养殖污水处理方法，其特征在于：所述负载藻菌的过滤填料在填料池中的铺设厚度为60-80cm，污水流经填料池的流速为5-10L/s；所述固定藻菌球粒的使用量为150-250粒/L，固定藻菌球粒的使用环境温度为19-30℃，光暗比12h:12h，反应时间为16-24h。

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