CN114314857B - 一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法及系统，包括如下步骤：(1)收集循环水养殖系统排出的残饵粪便；(2)待生物絮团处理氨氮的能力稳定后，利用蠕动泵序批式泵入含有较高浓度磷酸盐的养殖尾排水，添加有机碳源；(3)待水体中的磷酸盐降至一定浓度以下，且沉淀后，排出上清水和部分生物絮团；(4)从尾排水收集装置中泵入一定量的残饵粪便到悬浮式生物反应器，利用已有的生物絮团接种培养新的生物絮团，待生物絮团稳定后，再泵入养殖废水，进行新一轮的处理。本申请实现了废弃物的资源化利用。去除时间短，去除效率高，不需要很大的占地面积，维护简单，可控性强。

Description

一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法

技术领域

本发明属于化工环保技术领域，具体地说，是一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法。

背景技术

磷(P)所有生物体必不可少的营养元素。水体中的磷被鱼虾的可利用性比较低，养殖过程中需要从饲料中获取。水产配合饲料中通常含有1％左右的磷,约60-86％的饲料磷通过鱼虾的尿液和粪便排出。大部分磷的相关化合物对水生动物或植物没有明显的毒性作用。研究表明100mg/L的磷酸盐对实验鱼、水蚤和藻类没有明显的致死作用。养殖水体中的磷酸盐通常不会超过100mg/L，尤其是池塘养殖等水体，磷酸盐的浓度通常不到10mg/L。因此，水产养殖过程中通常不会特意除磷。投放到养殖水中、未被吸收的磷将以溶解或颗粒形式保留在水产养殖系统中或随尾排水一起排放。

磷是淡水生态系统的限制性营养元素，是导致许多淡水生态系统富营养化藻类大量繁殖的关键诱因，且其限值非常低(0.05mg/L)，水产养殖尾排水中的磷一直广受关注。我国地表水环境指标标准(GB3838-2002)将湖泊或水库中总磷(TP)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水中的磷分别为0.01、0.025和0.05mg/L。美国和日本规定其湖泊或水库中的TP浓度水平不高于0.05mg/L。泰国污染控制部门(PCD)将海水/微咸水的TP限制为0.4mg P/L，淡水中为0.5mgP/L。加拿大魁北克环境部规定一个生产周期的水产养殖排放的磷限制在每吨渔获物小于4.2kg的磷。循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture Systems,RAS)主要特点是通过物理、化学和生物学等方法实现养殖水的重复利用。因为换水率比较低(流水养殖的水交换率>50m3/kg鱼饲料，RAS中仅为<0.1m3/kg鱼饲料)，养殖密度又比较高(50kg/m3以上)，RAS的尾排水中的氮和磷的浓度比换水养殖模式的尾排水要高很多，比如，RAS的固液分离器反冲洗水中的TP范围为12.5至85.6mg P/L，尾排水中的硝酸盐可以高达500mg/L。

与从水产养殖过程中去除氮相比，去除磷相关的研究比较少。去除养殖水体中的磷的目的主要是为了减少尾排水的中的磷进而降低甚至消除其对环境的负面影响。因此，磷的处理通常是离线处理，处理后的水不会返回到水产养殖系统而直接排放。同养殖尾排水中的氮的处理相比，磷的处理更加困难。氮素可以通过反硝化转化成氮气排出，但磷形成的气态磷化氢有剧毒，而且需要在极度厌缺氧条件下才能形成。同时磷也是非常保守的元素，在水体中可以非常稳定的存在。常用的除磷方法包括物理吸附、化学沉淀或使用细菌、藻类或植物的生物过程进行处理。增强型生物除磷是基于聚磷积累生物的细菌相关除磷过程。近年来使用反硝化菌实现同步脱氮除磷受到了广泛关注。理化吸附需要考虑回收和吸附剂的成本。依靠藻类和植物处理时间比较长，占地面积比较大。反硝化反应器的处理效率较高，但有较高的设备成本和运行成本。

磷是地球上不可再生的资源之一，全球磷储量短缺是可以预测的。养殖尾排水中磷的回收利用既可以降低对环境的污染，也可以一定程度上提高不能被鱼虾利用的磷的再利用性。生物絮团是细菌、原生动物、细胞外聚合物、藻类(有时)和有机碎屑的聚集体，可以直接喂食杂食性水生动物，或加入配合饲料中。研究表明，生物絮团含30-40％的胞外聚合物。生物絮团可以在序批式反应器中生产，利用RAS中机械过滤器或生物过滤器的反冲洗排出的污泥和有机碳作为生长介质。之前的几项研究表明，使用RAS废水产生的生物絮团代替鱼粉可显著促进虾的生长。

发明内容

本发明提供了一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法，其目的在于，利用循环水养殖系统中产生的残饵粪便作为原料，可以以较低成本实现循环水养殖系统尾排水中的高浓度磷酸盐减量化和资源化，是解决当前水产养殖尾排水达标排放的有效途径。

本申请是通过以下技术方案实现的：

一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法，包括如下步骤：

(1)收集循环水养殖系统排出的残饵粪便，在悬浮式生物反应器中生产生物絮团，至生物絮团的氨氮处理能力稳定；

(2)待生产的生物絮团处理氨氮的能力稳定后，利用蠕动泵序批式泵入含有较高浓度磷酸盐的养殖尾排水，添加有机碳源，进行磷酸盐的处理；

(3)待水体中的磷酸盐降至一定浓度以下，且沉淀后，排出上清水和部分生物絮团，剩余的絮团继续参与下一批次的磷酸盐的处理；

(4)从尾排水收集装置中泵入一定量的残饵粪便到悬浮式生物反应器，利用已有的生物絮团接种培养新的生物絮团，待生物絮团稳定后，再泵入养殖废水，进行新一轮的处理。

(5)悬浮式生物反应器排出的生物絮团可进一步利用。

优选地，所述步骤(2)中，按照C：P＝100：1的比例添加有机碳源。

优选地，所述步骤(3)中，待水体中的磷酸盐降至0.5mg P/L以下，且生物絮团沉淀后，排出上清水和2/3的生物絮团，剩下的1/3的生物絮团作为接种生物絮团培养下一批生物絮团。

优选地，排出的生物絮团粗蛋白含量33.27±4.62％(干重)、粗脂肪6.19±1.05％(干重)。

优选地，所述步骤(4)中，待生物絮团稳定后的判断标准是，待悬浮式生物反应器中氨氮和亚硝酸氮分别维持在0.5mg/L和0.2mg/L以下时，视为生物絮团达到稳定状态。

优选地，在悬浮式生物反应器中加入糖蜜和醋酸钠作为组合碳源，悬浮式生物反应器中的碳磷比(C:P)为：100:1，糖蜜和醋酸钠供碳的质量比为2：1。

优选地，所述生物絮团采用C/N＝10的糖蜜培养生物絮团。

优选地，用养殖过程排出的废弃物做原料除养殖尾排水中的磷。

优选地，利用蠕动泵从尾排水收集装置中往悬浮式生物反应器泵入循环水养殖系统的尾排水，总磷：20.25±2.36mg/L，总氮：146.72±7.28mg/L，活性磷酸盐：18.76±1.97mg/L，硝酸氮：138±1.25mg/L,亚硝酸氮：0.33±0.27mg/L，总氨氮：0.57±0.25mg/L，pH：6.88±0.21，溶解氧：3.76±1.05mg/L。

优选地，本申请中，每g生物絮团去除磷的效率为每小时11.2～26.48mg P，同时对总氮的去除效率为每g生物絮团去除总氮的效率为每小时平均162.87mg N。

优选地，悬浮式生物反应器排出的生物絮团可进一步利用，比如可以喂卤虫，可以拌进鳗鱼粉。

本发明的原理：补充适量碳源的条件下，生物絮团中的异养细菌可以同化水体中的磷酸盐，也可以同化尾排水的硝酸盐。生物絮团本身的胞外聚合物也可以吸附水体中的其它形态的磷，从而起到明显降低水体中磷的效果。

有益效果：利用养殖过程中产生的残饵和粪便回收和去除养殖过程中产生的磷酸盐，产生的絮团可以被进一步使用，从而实现了废弃物的资源化利用。去除时间短，去除效率高，不需要很大的占地面积，维护简单，可控性强。

附图说明

图1为本申请悬浮式生物反应器的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示，一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除系统，包括悬浮式生物反应器、养殖槽、生物过滤器、固液分离机、尾排水收集装置、转子搅拌器2、气石5、蠕动泵6；流量均衡器7，图中1代表加入稀盐酸或碳酸氢钠调整pH，3代表充气；4代表补充碳源。

一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法，包括如下步骤：悬浮式生物反应器，体积30L，通过蠕动泵将收集的循环水养殖系统残饵和粪便混合物从流量均衡器均匀泵入悬浮式生物反应器，悬浮物浓度为4000–5000mg/L，10L。一次性加入糖蜜培养生物絮团(C/N＝10)。通过气石在反应器底部通入氧气，将反应器中的溶解氧保持2-6mg/L以上。加入稀盐酸或者碳酸氢钠调整pH在6.5-7.5之间。反应温度22-28℃。反应器内通过转子搅拌器连续搅拌，搅拌速度为300转每分钟。待反应器中氨氮和亚硝酸氮分别维持在0.5mg/L和0.2mg/L以下时，视为絮团达到稳定状态。此时反应器中的絮团浓度为3573±102mg/L。沉淀的絮团从悬浮式生物反应器底部排出约2/3，剩下的1/3作为接种絮团培养下一批絮团。排出的絮团粗蛋白含量33.27±4.62％(干重)、粗脂肪6.19±1.05％(干重)。

利用蠕动泵泵入循环水养殖系统的尾排水，总磷：20.25±2.36mg/L，总氮：146.72±7.28mg/L，活性磷酸盐：18.76±1.97mg/L，硝酸氮：138±1.25mg/L,亚硝酸氮：0.33±0.27mg/L，总氨氮：0.57±0.25mg/L，pH：6.88±0.21，溶解氧：3.76±1.05mg/L,用蠕动泵进入反应器。在悬浮式生物反应器中加入糖蜜和醋酸钠作为组合碳源，两者的比例为2:1(含碳的质量比)，2份糖蜜，1份醋酸钠(碳源的组合比为发明内容)，C：P为100:1(质量比)。糖蜜和醋酸钠用陈化自来水(曝气3天)充分稀释溶解后加入。水力停留时间控制在6小时(实际使用过程中可根据磷酸盐浓度适当调整HRT时间)，此时反应器中的磷酸盐浓度低至0.5mg/L以下时，沉淀30分钟后，排出上清水。上清水水质为总磷：0.25±0.16mg/L，总氮：4.21±2.17mg/L，活性磷酸盐：0.02±0.01mg/L，硝酸氮：1.05±0.25mg/L,亚硝酸氮：0.07±0.01mg/L，总氨氮：0.5±0.38mg/L，pH：8.29±0.37，溶解氧：4.55±0.97mg/L。则本次去除效率为每g絮团(干重)去除磷的效率为每小时平均20.86mg P。同时对总氮的去除效率为每g絮团(干重)去除总氮的效率为每小时平均162.87mg N。本发明的核心点在于，利用生物絮团处理磷酸盐；碳源组和比为糖蜜和葡萄糖2:1。

本申请的悬浮式生物反应器排出的生物絮团可进一步利用。本申请中，每g生物絮团去除磷的效率为每小时11.2～26.48mg P，同时对总氮的去除效率为每g生物絮团去除总氮的效率为每小时平均162.87mg N。本申请补充适量碳源的条件下，生物絮团中的异养细菌可以同化水体中的磷酸盐，也可以同化尾排水的硝酸盐。生物絮团本身的胞外聚合物也可以吸附水体中的其它形态的磷，从而起到明显降低水体中磷的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种养殖尾排水中高浓度磷酸盐的去除方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）收集循环水养殖系统排出的残饵粪便，在悬浮式生物反应器中生产生物絮团；

（2）待生物絮团处理氨氮的能力稳定后，利用蠕动泵序批式泵入含有高浓度磷酸盐的养殖尾排水，添加有机碳源；

（3）待水体中的磷酸盐降至0.5 mg P/L以下，且生物絮团沉淀后，排出上清水和2/3的生物絮团，剩下的1/3的生物絮团作为接种生物絮团培养下一批生物絮团；

排出的生物絮团粗蛋白含量33.27±4.62%、粗脂肪6.19±1.05%；

（4）从尾排水收集装置中泵入残饵粪便到悬浮式生物反应器，利用已有的生物絮团接种培养新的生物絮团，待生物絮团稳定后，再泵入养殖废水，进行新一轮的处理；

（5）悬浮式生物反应器排出的生物絮团可进一步利用；

补充适量碳源的条件下，生物絮团中的异养细菌可以同化水体中的磷酸盐，也可以同化尾排水的硝酸盐，生物絮团本身的胞外聚合物也可以吸附水体中的其它形态的磷；

所述步骤（4）中，待生物絮团稳定后的判断标准是，待悬浮式生物反应器中氨氮和亚硝酸氮分别维持在0.5 mg/L和0.2 mg/L以下时，视为生物絮团达到稳定状态；

在悬浮式生物反应器中加入糖蜜和醋酸钠作为组合碳源，悬浮式生物反应器中的碳磷质量比（C:P）为：100:1，糖蜜和醋酸钠供碳的质量比为2：1；

所述生物絮团采用质量比C/N=10的糖蜜培养生物絮团，

所述步骤（2）中，按照质量比C：P=100：1的比例添加有机碳源，

用养殖过程排出的废弃物做原料除养殖尾排水中的磷，

利用蠕动泵从尾排水收集装置中往悬浮式生物反应器泵入循环水养殖系统的尾排水，总磷：20.25±2.36 mg/L，总氮：146.72 ±7.28 mg/L，活性磷酸盐：18.76±1.97 mg/L，硝酸氮：138±1.25 mg/L,亚硝酸氮：0.33±0.27 mg/L，总氨氮：0.57±0.25 mg/L，pH：6.88±0.21，溶解氧：3.76 ± 1.05 mg/L，

所述步骤（5）中，悬浮式生物反应器排出的生物絮团进一步利用，用于喂卤虫，或拌进鳗鱼粉。