CN110734138A - 一种淡水水产养殖废水的原位处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淡水水产养殖废水的原位处理方法。具体步骤包括:将干燥后的厌氧氨氧化颗粒污泥作为内核,以聚乙烯醇、海藻酸钠、二氧化硅为外层包埋剂,包埋解淀粉芽孢杆菌和硝化菌群制得复合菌群包埋小球,将复合菌群包埋小球作为反应填料装入网格墙中形成渗水性生物反应墙,附着生长周丛生物,实现淡水水产养殖废水的原位修复。该固定化微生物技术实现了有机物、氨氮和亚硝酸盐同步去除,具有微生物浓度高、活性好、环境耐受力强等特点;同时,利用包埋小球原位修复淡水水产养殖废水,减少对其生态系统中有益微生物的扰动,有利于稳定水体水质,保持其原水体生态平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
随着经济的发展,人们对水产品的需求日益增加,在捕捞量不能满足市场需求的情况下,水产养殖业得到了迅猛的发展。我国在水产养殖中普遍采用池塘高密度养殖方式,这种方式在提高产量的同时也带来了很多弊端,如养殖水域环境恶化,加剧了养殖区邻近水域的水体富营养化程度和水质污染,并引发一系列有害的生态环境问题。
水产养殖废水中主要包括以下几种物质:一是有机物,养殖水体中的有机物主要由残饵、微生物的代谢产物和养殖品种的排泄物分解产生,当水体中有机物含量过高时,会滋生大量藻类和浮游生物,导致水质恶化,养殖对象患病甚至死亡;二是氨氮,氨氮对水体最突出的危害就是导致水体的富营养化,破坏水体生态平衡,当总氮的含量超过0.5mg/L时,对养殖品种有毒害作用;三是亚硝酸盐,对鱼类有很强的毒性,使养殖品种血液中的低铁血红蛋白被其氧化成为高铁血红蛋白,使之失去输送氧的能力,亚硝酸盐的含量需控制在0.1mg/L以下。
目前,对水产养殖废水的处理主要包括物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术等。物理处理技术依据水体及水体中污染物的理化性质,采取过滤、沉淀、吸附、气浮等方法净化水质,除去水中悬浮物质或有害气体,但对于可溶性有机物、无机物及总N、P等去除效果不佳;化学处理技术主要是包括絮凝、氧化还原、消毒等方法,通过絮凝、中和微小的悬浮胶粒等污染物,达到去除重金属、消毒等作用,但该方法易对环境造成二次污染,且水中的有益菌也被杀死;生物处理技术主要有活性污泥法、生物膜法、人工湿地、投加高效微生物菌剂及固定微生物等,生物处理能有效去除溶解态污染物,抑制致病菌生长,具有经济、高效的特点。
然而,活性污泥法、生物膜法、人工湿地均需要将水产养殖水提升至生物池进行异位处理,这样不仅增加运行费用,而且造成能源的巨大浪费,特别是对于一些冬季需要加温的养殖种类,更是流失掉大量的能源。同时,如此频繁地惊扰养殖对象,使养殖池中的浮游生物和有益微生物种类波动较大,数量明显不足,会严重影响养殖对象正常生长和发育,也会破坏原有的生态平衡。
投加高效微生物菌剂即在养殖池中施放有益微生物,让其参与养殖池的生态循环,一方面可改善水体质量,清除有机废物;另一方面可抑制、排斥病原微生物的繁殖生长,达到防治病害的目的,但其使用剂量不易控制,投放过多细菌会导致池塘生态结构失衡,施加过少又不能起到良好的效果,并且游离微生物对不良环境抵抗力弱,容易死亡。
固定化微生物技术利用物理或化学的措施将游离微生物细胞或酶定位于限定的空间区域,目前经常采用的生物固定化方法主要有吸附法、包埋法、交联法和共价结合法,尤以包埋法和吸附法最为常用。经过富集、培养、筛选得到高密度生化处理混合菌,通过一定包埋方式将菌群固定在适宜生长的微环境中制成复合菌群包埋小球,提高了复合菌群环境耐受力,有利于保持菌群活性,处理效率高;同时,利用包埋小球原位修复淡水水产养殖废水,可减少对其生态系统中有益微生物的扰动,有利于保持其原水体生态平衡。
发明内容
本发明要解决的问题在于:针对现有技术运行费用高、能源浪费、操作复杂、不易控制等问题,提供一种成本低廉、操作简单、易于控制、且长期运行性能稳定的淡水水产养殖废水的原位处理方法。
本发明开发了一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,将干燥后的厌氧氨氧化颗粒污泥作为内核,以聚乙烯醇、海藻酸钠、二氧化硅为包埋剂,包埋解淀粉芽孢杆菌和硝化菌群制得复合菌群包埋小球,将复合菌群包埋小球作为反应填料装入网格墙中形成渗水性生物反应墙,附着生长周丛生物,实现淡水水产养殖废水的原位修复;所述复合菌群包埋小球具体制备步骤如下:
1)将所述厌氧氨氧化颗粒污泥,经混凝、干燥、过筛处理后,制得复合菌群包埋小球内核;
2)将所述硝化菌群和解淀粉芽孢杆菌经离心、冲洗后,加入包埋剂搅拌均匀,制得菌-胶混合液;
3)将所述复合菌群包埋小球内核置于球形空心模具中,注入所述菌-胶混合液,同时注入固定剂并滚转所述球形空心模具1~2小时后,再注入固定剂,并滚转所述球形空心模具6~12小时,取出后经搅拌、筛选和活化步骤得所述复合菌群包埋小球。
所述厌氧氨氧化颗粒污泥为将厌氧氨氧化絮状污泥接种于UASB,在厌氧条件下加入以碳酸氢铵、亚硝酸钠为氮源,逐步提升进水NH4 +和NO2 -的浓度,并添加微量元素来满足微生物的生长需求,控制UASB内温度为32~36℃,连续运行培养0.5~1.5年得到,所述厌氧氨氧化颗粒污泥粒径为2~10mm,颜色为棕红色,形状呈球状;所述硝化菌群为将淡水养殖水体的底泥加入无菌富集培养液,在初始氨氮浓度20~30mg/L,初始亚硝酸盐浓度10~20mg/L,pH在8.3左右,25℃的条件下进行富集培养,然后取上层培养液以1:1的比例接种于淡水水产养殖水体,加入灭菌硝化菌群生长培养液调至氨氮浓度为10~15mg/L,用NaHCO3调pH至8.3,在25℃的条件下,通入无菌空气进行连续培养得到;所述解淀粉芽孢杆菌为将淡水水产养殖水体的底泥,涂布培养于淀粉培养基进行筛选,经NA培养基多代培养纯化后,选取活性高的细菌接种到液体培养基,待细胞生长到对数期后,以此作为液体菌种,制备所述解淀粉芽孢杆菌。
所述复合菌群包埋小球内核的制备为在上述厌氧氨氧化颗粒污泥中加入混凝剂聚合氯化铝,混凝沉淀20~30分钟后,用二氧化碳脱氧清洗两次,在55℃的条件下培养24h后,冷却至室温后用滤纸过滤,在滤饼中加入15%的烘干灭菌的轻质碳酸钙,搅拌均匀,置于55~58℃鼓风干燥箱中脱水至6%,将脱水后的厌氧氨氧化颗粒污泥过筛制得。
所述菌-胶混合液为将所述硝化菌群和所述解淀粉芽孢杆菌经离心、冲洗后备用,硝化菌群:解淀粉芽孢杆菌:包埋剂按质量比为1:1:6的比例混合均匀制得;所述包埋剂中聚乙烯醇:海藻酸钠:SiO2:水的质量比为8:0.2:0.8:100。
所述球形空心模具直径为15mm,中间有一直径为3mm注液口,所述球形空心模具可沿注液口开合,所述球形空心模具中包埋剂和固定剂质量比为2:3,所述固定剂为饱和硼酸+2%CaCl2溶液。
所述复合菌群包埋小球内核直径为6~8mm、外层厚4~6mm、孔隙率为40%~80%、比表面积大于20m2/g。
所述活化为将制得的所述复合菌群包埋小球在pH=7~8,溶解氧5~8mg/L,水温25~32℃的条件下,用目标淡水水产养殖废水培养6~8天。
所述原位修复为利用铁丝固定渔网四周,将渔网制作为墙面,于两墙中间放置所述复合菌群包埋小球形成渗水性生物反应墙,所述渗水性生物反应墙按所述复合菌群包埋小球150g/L的比例均匀安放在淡水水产养殖废水中;所述渗水性生物反应墙的墙体上设有LED灯,光强为800~1400Lx,光色是模拟太阳光谱的人造光源,光照时间为春夏6:00~20:00、秋冬9:00~17:00,灯具开关时为渐亮和渐灭,所述渗水性生物反应墙工作时需要每两个星期添加5~12%的所述复合菌群包埋小球。
与现有技术相比,本发明的优点是:
(1)该复合菌群包埋小球内核为厌氧氨氧化颗粒污泥,外层为硝化菌群和解淀粉芽孢杆菌,实现了有机物、氨氮和亚硝酸盐同步去除,这种包埋方法分区明确,处理效果好;(2)采用原位修复的方法处理淡水水产养殖废水,减少了对养殖池中的浮游生物和有益微生物种类的干扰;(3)利用渗水性生物反应墙作为沉水基质为周从生物附着生长提供了基底,并增设LED灯不仅有利于富集周丛生物强化脱氮除磷,还通过LED灯调整光照周期,促进鱼类生长发育;(4)相比较物理法和化学法,采用生物法处理淡水水产养殖废水,更加经济有效。
附图说明
图1是复合菌群包埋小球的制作流程图。
图2是复合菌群包埋小球的结构示意图。
图例说明
(1)、淡水水产养殖水体底泥 (1-2)、硝化菌群的定向富集及培养
(2)、硝化菌群
(3)、解淀粉芽孢杆菌 (1-3)、解淀粉芽孢杆菌的筛选及培养
(4)、包埋剂 (4-5)、菌-胶混合液的制备
(5)、菌-胶混合液
(6)、厌氧氨氧化絮状污泥 (6-7)、UASB培养驯化
(7)、厌氧氨氧化颗粒污泥 (7-8)、复合菌群包埋小球内核的制备
(8)、复合菌群包埋小球内核
(9)、固定剂 (9-10)、利用球形空心模具进行包埋
(10)、复合菌群包埋小球
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细阐述。
步骤一:菌群的筛选及培养
a.UASB培养驯化(6-7):将厌氧氨氧化絮状污泥(6)接种于UASB,在厌氧条件下以碳酸氢铵、亚硝酸钠为氮源,控制进水NH4 +和NO2 -的浓度由50mg/L和65mg/L逐步提升为60mg/L和80mg/L、并添加微量元素(CaCl2·2H2O 36mg/L、MgCl2·6H2O 40mg/L、ZnSO4·7H2O0.215mg/L、NiCL2·6H2O 0.095mg/L、NaSeO4·10H2O 0.21mg/L、MnCl2·4H2O 0.495mg/L、C10H16N2O8 8.304mg/L、H3BO3 0.007mg/L、CuSO4·5H2O 0.125mg/L、CoCL2·6H2O 0.12mg/L、NaMO4·2H2O 0.11mg/L、FeSO4·7H2O 5mg/L)来满足微生物的生长需求,控制UASB内温度为32~36℃,连续运行培养0.5~1.5年,得到所述厌氧氨氧化颗粒污泥(7);所述厌氧氨氧化颗粒污泥(7)粒径为2~10mm,颜色为棕红色,形状呈球状,主要菌属为CandidatusBrocacha,总氮去除率达85~95%;
b.硝化菌群的定向富集及培养(1-2):取100g淡水养殖水体的底泥(1)置于3L无菌密封培养瓶中,加入1L无菌富集培养液((NH4)2SO4 0.15~0.20g/L、NaNO2 0.15~0.3g/L、蒸馏水,配制初始氨氮浓度20~30mg/L,初始亚硝酸盐浓度10~20mg/L),用NaHCO3调pH至8.3,在25℃的条件下,通入无菌空气进行定向富集培养。当pH下降至低于7.0时,加入NaHCO3调回,当氨氮和亚硝酸盐浓度低于0.1mg/L时,加入灭菌硝化菌群培养液((NH4)2SO43.3g/L、KH2PO4 0.41g/L、1mol/L MgSO4 0.75mL、1mol/LCaCl2 0.2ml、30mmol/L FeSO4+50mmol/LEDTA 0.33mL、50mmol/L CuSO4 0.02ml、1000ml H2O),调至氨氮浓度为10~15mg/L。当培养液中氨氮和亚硝酸盐浓度多次低于0.1mg/L时,取上层培养液以1:1的比例接种于淡水水产养殖水体,加入灭菌硝化菌群生长培养液调至氨氮浓度为10~15mg/L,用NaHCO3调pH至8.3,在25℃的条件下,通入无菌空气进行连续培养。每2~4d检测氨氮和硝酸盐浓度,及时补充NaHCO3和硝化菌群生长培养液,制备所述硝化菌群(2);
c.解淀粉芽孢杆菌的筛选及培养(1-3):取100g淡水养殖水体的底泥(1),将污泥用无菌水按1:4的比例稀释,80℃水浴15min后,在37℃条件下,吸取100微升菌泥在淀粉培养基(牛肉膏5g、蛋白胨5g、氯化钠5g、可溶性淀粉2g、琼脂20g、水1000mL)上涂布培养;平板培养两天后,挑选周围产生水解圈的菌株在NA培养基(牛肉膏3g、蛋白胨5g、葡萄糖2.5g、琼脂18g、水1000mL)上划线,挑选形状不规则、菌落边缘不整齐、表面粗糙的干燥型菌落继续划线培养,划线培养5代后得纯菌株;将纯化后菌株点种到淀粉培养基上,测量菌落大小(C)和水解圈大小(H),挑选H/C大的菌株进行复筛,将初筛的菌种接种到发酵培养基(水解糖60g、豆饼粉1.6g、(NH4)2SO4 4g、MgSO4 0.1g、水1000mL),培养24h后测酶活性值,挑选酶活性值高的菌株用于菌种鉴定;将筛选得到的菌株接种到液体培养基,待细胞生长到对数期后,以此作为液体菌种,制备所述解淀粉芽孢杆菌(3)。
步骤二:复合菌群包埋小球内核的制备(7-8)
在上述厌氧氨氧化颗粒污泥(7)中加入混凝剂聚合氯化铝,混凝沉淀20~30分钟后,用二氧化碳脱氧清洗两次,然后在55℃的条件下培养24h,冷却至室温后用滤纸过滤,在滤饼中加入15%的烘干灭菌的轻质碳酸钙,搅拌均匀,置于55~58℃鼓风干燥箱中脱水至6%,将脱水后的厌氧氨氧化颗粒污泥过筛,得到所述固定化复合菌群材料的内核(8)备用。
步骤三:菌-胶混合液的制备(4-5)
先称取聚乙烯醇8g、海藻酸钠0.2g、SiO2 0.8g、加入90ml水中,配成8%聚乙烯醇水溶液,水浴加热彻底溶解,得到包埋剂(4),然后将所述硝化菌群和所述解淀粉芽孢杆菌分别在5000r/min离心8~10min,生理盐水洗涤2~3次备用,最后将硝化菌群:解淀粉芽孢杆菌:包埋剂按质量比为1:1:6的比例混合均匀,制得菌-胶混合液(5)。
步骤四:利用球形空心模具进行包埋(9-10)
将所述复合菌群包埋小球内核(8)置于球形空心模具中,注入菌-胶混合液(5),同时注入固定剂(9)并滚转所述球形空心模具1~2小时后,再注入固定剂(9),并滚转所述球形空心模具6~12小时,取出后经搅拌、筛选和活化步骤得所述复合菌群包埋小球(10);所述球形空心模具中包埋剂(4)和固定剂(5)质量比为2:3,所述固定剂(5)为饱和硼酸+2%CaCl2溶液;所述球形空心模具直径为15mm,中间有一直径为3mm注液口,所述球形空心模具可沿注液口开合;所述复合菌群包埋小球(10)的内核直径为6~8mm、外层厚4~6mm、孔隙率为40%~80%、比表面积大于20m2/g;所述活性恢复为将制得的复合菌群包埋小球(10)在PH=7~8,溶解氧5~8mg/L,水温25~32℃的条件下,用目标水产养殖废水培养6~8天。
步骤五:原位修复
利用铁丝固定渔网四周,将渔网制作为墙面,于两墙中间放置所述复合菌群包埋小球形成渗水性生物反应墙,所述渗水性生物反应墙按所述复合菌群包埋小球150g/L的比例均匀安放在淡水水产养殖废水中;所述渗水性生物反应墙的墙体上设有LED灯,光强为800~1400Lx,光色是模拟太阳光谱的人造光源,光照时间为春夏6:00~20:00、秋冬9:00~17:00,灯具开关时为渐亮和渐灭,每两个星期添加5%的复合菌群包埋小球。周丛生物能利用氨氮和磷作为营养物质生长,有利于脱氮除磷,渗水性生物反应墙作为沉水基质为周从生物附着生长提供了基底,此外,墙体上设有一个LED灯,不仅为周丛生物自养生物生长提供有利条件,提高其生物种类丰富度,增加其抵抗不良环境的能力,还通过调整光照周期,使鱼类提前成熟和产卵,达到最佳发育速率。
Claims (7)
1.一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,将复合菌群包埋小球作为反应填料装入网格墙中形成渗水性生物反应墙,附着生长周丛生物;所述复合菌群包埋小球材料由厌氧氨氧化颗粒污泥、硝化菌群和解淀粉芽孢杆菌组成;所述复合菌群包埋小球材料具有双层包埋结构,内核为厌氧氨氧化颗粒污泥,外层为硝化菌群和解淀粉芽孢杆菌;所述复合菌群包埋小球具体制备步骤如下:
1)将厌氧氨氧化絮状污泥接种于UASB,在厌氧条件下,加入碳酸氢铵、亚硝酸钠为氮源,连续运行培养0.5~1.5年得到所述厌氧氨氧化颗粒污泥;将淡水养殖水体的底泥通过无菌富集培养液和硝化菌群培养液进行定向富集培养和连续培养得到所述硝化菌群;将淡水水产养殖水体的底泥,用淀粉培养基涂布培养,经NA培养基多代培养纯化后筛选获得所述解淀粉芽孢杆菌;
2)将所述厌氧氨氧化颗粒污泥,经混凝、干燥、过筛处理后,制得复合菌群包埋小球内核;
3)将所述硝化菌群和解淀粉芽孢杆菌经离心、冲洗后,加入包埋剂搅拌均匀,制得菌-胶混合液;
4)将所述复合菌群包埋小球内核置于球形空心模具中,注入所述菌-胶混合液,同时注入固定剂并滚转所述球形空心模具1~2小时后,再注入固定剂,并滚转所述球形空心模具6~12小时,取出后经搅拌、筛选和活化步骤得所述复合菌群包埋小球。
2.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述厌氧氨氧化颗粒污泥粒径为2~10mm,颜色为棕红色,形状呈球状。
3.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述包埋剂中聚乙烯醇:海藻酸钠:SiO2:水的质量比为8~12:0.2~0.4:0.8~1:100,所述固定剂为饱和硼酸+2%CaCl2溶液。
4.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述菌-胶混合液为硝化菌群:解淀粉芽孢杆菌:包埋剂的质量比为1:1:(6~8)。
5.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述复合菌群包埋小球的内核直径为6~8mm、外层厚4~6mm、孔隙率为40%~80%、比表面积大于20m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述球形空心模具直径为15mm,中间有一直径为3mm注液口,所述球形空心模具可沿注液口开合,所述球形空心模具中所述包埋剂和所述固定剂质量比为2:3。
7.根据权利要求1所述的一种淡水水产养殖废水的原位处理方法,其特征在于,所述渗水性生物反应墙,按所述复合菌群包埋小球150~200g/L的比例均匀安放在淡水水产养殖废水中;同时,所述渗水性生物反应墙的墙体上设有LED灯,光强为800~1400Lx,光色是模拟太阳光谱的人造光源,光照时间为春夏6:00~20:00、秋冬9:00~17:00,灯具开关时为渐亮和渐灭;所述渗水性生物反应墙工作时需要每两个星期添加5~12%的所述复合菌群包埋小球。
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