生物膜—活性污泥工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水的處理效果研究*

朱建龍 張 濤# 蔣路平 羅金飛 黃燦燦

(1.浙江清華長(zhǎng)三角研究院分析測(cè)試中心，浙江 嘉興 314006；2.嘉興市水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，浙江 嘉興 314001)

生物膜—活性污泥工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水的處理效果研究*

朱建龍1張 濤1#蔣路平2羅金飛2黃燦燦1

(1.浙江清華長(zhǎng)三角研究院分析測(cè)試中心，浙江 嘉興 314006；2.嘉興市水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，浙江 嘉興 314001)

對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖產(chǎn)生的溫室廢水和外塘廢水的污染情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)溫室廢水COD、TP、TN、氨氮濃度較高，污染程度明顯高于外塘廢水，將溫室廢水和外塘廢水混合后集中于囤水池中，采用生物膜—活性污泥(HYBAS)工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理。結(jié)果表明，HYBAS工藝對(duì)COD、TP處理效果較好，平均去除率分別為63.76%、59.32%；受冬季低溫影響，HYBAS工藝運(yùn)行前期對(duì)TN、氨氮去除效果較差，而運(yùn)行后期去除效果良好，后期TN、氨氮平均去除率分別為42.84%、85.71%，處理出水總體滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和《浙江省水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘生態(tài)化建設(shè)與改造規(guī)范》養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。HYBAS工藝建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果良好，是一種簡(jiǎn)單易行的甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水處理工藝。

甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水HYBAS工藝 出水水質(zhì)

Abstract: Pollution of the turtle breeding wastewater including greenhouse wastewater and outer pond wastewater was analyzed. It was found that the concentration of COD,TP,TN and ammonia nitrogen in greenhouse wastewater was high,and the pollution degree was obviously higher than that in outer pond. The wastewater in greenhouse and outer pond was mixed and collected in the pond,and then using hybrid-biofilm-activated sludge (HYBAS) technology to treat the turtle breeding wastewater. The results showed that the HYBAS process had perfect performance on COD and TP removal,and the average removal rate of COD and TP was 63.76% and 59.32%,respectively. Due to the low temperature in winter,the removal efficiency of TN and ammonia nitrogen was poor in early stage,while the removal efficiency was better in the later stage,with the average removal rate of TN and ammonia nitrogen was 42.84% and 85.71%,respectively. The treated water met the class Ⅳ standards of “Surface water environment quality standard”(GB 3838-2002) and discharge standard of “Standards for the ecological construction and renovation of aquaculture ponds in Zhejiang Province”. The HYBAS process had the advantages of low construction cost,strong shock load resistance and good treatment effect. It was a suitable process for treating turtle breeding wastewater.

Keywords: turtle breeding wastewater; HYBAS process; effluent water quality

近年來(lái)隨著生活水平的提高，人們對(duì)于水產(chǎn)品的需求日益增加[1-2]，大量水產(chǎn)養(yǎng)殖基地建成并投入使用。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中普遍存在過(guò)量投放養(yǎng)殖飼料等情況，導(dǎo)致水體中氮磷等元素嚴(yán)重超標(biāo)，形成高濃度有機(jī)污染的養(yǎng)殖廢水。此類(lèi)廢水若不經(jīng)處理直接排放將對(duì)周邊水體環(huán)境造成巨大危害[3-5]。因此，在發(fā)展規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖的同時(shí)，必須積極研發(fā)并配套養(yǎng)殖廢水處理工藝技術(shù)。

生物膜—活性污泥(HYBAS)工藝[6-8]內(nèi)包含兩種獨(dú)立的微生物構(gòu)成：即低泥齡的活性污泥和附著在填料上的高泥齡污泥[9-10]，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)反應(yīng)池內(nèi)同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化過(guò)程，提升活性污泥脫氮除磷的性能，生物膜還有助于提高系統(tǒng)中微污染物的去除能力[11]。HYBAS工藝具有操作簡(jiǎn)單、污泥沉降性能好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水的污染問(wèn)題，本研究采用HYBAS工藝處理此類(lèi)廢水中的高濃度有機(jī)污染物，考察HYBAS工藝對(duì)廢水中COD、TN、TP和氨氮的去除效果，保證處理后的廢水可以達(dá)到相關(guān)排放要求。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地位于嘉興市某大型規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)，該養(yǎng)殖場(chǎng)共擁有水產(chǎn)養(yǎng)殖面積39.2 hm2，主要從事甲魚(yú)、青蝦等水產(chǎn)品養(yǎng)殖。其中甲魚(yú)養(yǎng)殖采用兩段式養(yǎng)殖法，先在溫室中養(yǎng)殖，再轉(zhuǎn)移至溫室外池塘進(jìn)行養(yǎng)殖。

1.2 工藝流程

甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水日處理量為20 t/d，溫室和外塘排放的甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水通過(guò)截留的方式收集到囤水池中，在重力作用下廢水中較大顆粒的懸浮物沉淀下來(lái)，提升泵將囤水池內(nèi)廢水抽入HYBAS系統(tǒng)(包括缺氧池、HYBAS池和沉淀池)中進(jìn)行生化處理，去除其中的有機(jī)污染物。缺氧池懸掛直徑為150 mm的塑料組合填料，用于加強(qiáng)反硝化和部分磷的去除；HYBAS池內(nèi)安裝曝氣裝置，并放入聚乙烯材質(zhì)生物填料，為生物膜生長(zhǎng)提供載體，使養(yǎng)殖廢水得到有效處理。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

1.3 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定；TP采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定；TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室與外塘甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水分析

圖2為一個(gè)典型養(yǎng)殖周期內(nèi)溫室和外塘甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水水質(zhì)變化情況。從圖2可見(jiàn)：(1)溫室廢水污染程度明顯高于外塘廢水，這是由于溫室中長(zhǎng)期集約化養(yǎng)殖，甲魚(yú)未食用完的飼料及產(chǎn)生的糞便在溫室高溫下分解產(chǎn)生大量有機(jī)污染物，導(dǎo)致溫室廢水污染嚴(yán)重；(2)外塘廢水中污染物濃度變化不大，這是因?yàn)橥馓琉B(yǎng)殖密度相對(duì)較小，且換水頻率較高，污染物難以積累；(3)溫室廢水中污染物濃度出現(xiàn)幾次較大的波動(dòng)，這是由于溫室養(yǎng)殖過(guò)程中需不定期對(duì)池體進(jìn)行曝氣增氧和加水補(bǔ)充高溫蒸發(fā)流失水量導(dǎo)致；(4)養(yǎng)殖后期COD、TP和TN濃度出現(xiàn)不同程度的回升，表明長(zhǎng)時(shí)間的甲魚(yú)養(yǎng)殖過(guò)程會(huì)使水體中污染物積累，而氨氮在養(yǎng)殖后期濃度逐漸降低直至平穩(wěn)，這是因?yàn)轲B(yǎng)殖后期甲魚(yú)規(guī)格變大，需對(duì)水體不斷增氧曝氣，使水體中氨氮在微生物硝化作用下去除。

圖1 工藝流程Fig.1 The flow diagram of treatment process

圖2 甲魚(yú)養(yǎng)殖溫室廢水和外塘廢水水質(zhì)變化情況Fig.2 The changes of greenhouse and outer pond turtle breeding wastewater quality

圖3 HYBAS工藝對(duì)COD和TP的處理效果Fig.3 The treatment effect of HYBAS process on COD and TP

圖4 HYBAS工藝對(duì)TN和氨氮的處理效果Fig.4 The treatment effect of HYBAS process on TN and ammonia nitrogen

2.2 HYBAS工藝處理效果

甲魚(yú)養(yǎng)殖的溫室廢水每年定期集中排放，外塘廢水則根據(jù)甲魚(yú)出售情況不定期排放，考慮到溫室廢水每次排放量較大，故在整個(gè)HYBAS系統(tǒng)前端設(shè)置囤水池對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行收集。由2.1節(jié)分析可知，甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水中溫室廢水的污染物濃度較高，因此將溫室廢水與外塘廢水在囤水池中混合，可以達(dá)到調(diào)節(jié)整體水質(zhì)情況，減輕HYBAS工藝處理負(fù)荷的目的，便于后續(xù)進(jìn)一步處理。

企業(yè)各部門(mén)制定的各類(lèi)預(yù)算，是財(cái)務(wù)預(yù)算編制的重要憑據(jù)。以本公司為例，業(yè)務(wù)部門(mén)的預(yù)算為年度預(yù)算編制工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，收入預(yù)算應(yīng)以該指標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行編制，在以上工作結(jié)束后才可對(duì)成本費(fèi)用預(yù)算進(jìn)行編制，成本費(fèi)用與現(xiàn)金流量預(yù)算是企業(yè)財(cái)務(wù)預(yù)算工作的總結(jié)，而利潤(rùn)表、資產(chǎn)負(fù)債表預(yù)算為所有預(yù)算的綜合體現(xiàn)形式。

2.2.1 COD和TP的處理效果

圖3為調(diào)試結(jié)束后，HYBAS工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水中COD、TP的處理效果。

COD、TP主要通過(guò)HYBAS池中的好氧菌降解去除。COD可以通過(guò)微生物的生殖過(guò)程來(lái)降解，其中一部分COD作為好氧菌硝化作用的碳源被消耗，另一部分COD通過(guò)形成微生物，以活性污泥的形式排放去除；TP主要通過(guò)微生物對(duì)磷的過(guò)量吸收，將磷以聚合物的形式貯藏在微生物體內(nèi)，進(jìn)而形成高磷污泥去除。

從圖3可以看出，運(yùn)行前期出水COD、TP波動(dòng)較大，個(gè)別出水TP甚至高于囤水池進(jìn)水，這是由于處理設(shè)施剛調(diào)試結(jié)束，處理效果還未達(dá)到最佳，出水不夠穩(wěn)定；隨著處理設(shè)施運(yùn)行時(shí)間增加，出水COD逐漸趨于平穩(wěn)，而出水TP依舊波動(dòng)較大，可能是由于囤水池進(jìn)水TP波動(dòng)較大，使前置缺氧池微生物在缺氧環(huán)境中釋放出的部分磷不能在HYBAS池中完全吸收，造成出水TP存在一定波動(dòng)；與囤水池進(jìn)水COD、TP相比，出水COD、TP相對(duì)穩(wěn)定，表明整個(gè)HYBAS工藝抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。總體來(lái)看，HYBAS工藝對(duì)水體中COD、TP的處理效果較好，平均去除率分別為63.76%、59.32%。

2.2.2 TN和氨氮的去除效果

甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水中有機(jī)成分較高，具有很好的可生化性。在缺氧池內(nèi)，由于污水中有機(jī)物濃度較高，微生物處于缺氧狀態(tài)，此時(shí)微生物主要為異養(yǎng)菌，這些異養(yǎng)菌將廢水中大分子有機(jī)物分解為小分子，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，并依靠廢水中的高濃度有機(jī)物完成反硝化作用，將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原為氮?dú)馀欧拧６鳫YBAS池生物填料上自養(yǎng)菌通過(guò)硝化作用將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，將大分子有機(jī)物分解為小分子，通過(guò)沉淀回流輸入到缺氧池內(nèi)，為缺氧池提供碳源和氮源，確保反硝化順利進(jìn)行。在缺氧池和HYBAS池中均安裝有聚乙烯填料，整個(gè)生化處理過(guò)程主要依賴(lài)于附著在填料上的多種微生物共同完成。

從圖4可以看出，運(yùn)行前期進(jìn)出水TN、氨氮總體差別不大，HYBAS工藝處理效果較差，從運(yùn)行第11周開(kāi)始，TN、氨氮的處理效果明顯提升。這是因?yàn)楫愷B(yǎng)菌的適宜溫度為20～40 ℃，當(dāng)氣溫低于15 ℃時(shí)會(huì)降低異養(yǎng)菌的代謝速率，進(jìn)而影響反硝化過(guò)程的脫氮效果。HYBAS工藝前期運(yùn)行時(shí)間為冬季，環(huán)境氣溫較低，因此TN和氨氮去除效果較差，而后期運(yùn)行時(shí)間為次年春夏季，環(huán)境氣溫回升至異養(yǎng)菌適宜溫度，生化處理過(guò)程正常進(jìn)行，導(dǎo)致TN和氨氮的去除效果明顯提高。由于運(yùn)行前期受低溫環(huán)境影響，處理效果較差，僅考慮運(yùn)行后期(第11至21周)的TN、氨氮平均去除率，分別為42.84%、85.71%。可見(jiàn)，當(dāng)HYBAS工藝正常運(yùn)行時(shí)，其對(duì)TN的處理效果一般，對(duì)氨氮的去除效果較好。

2.3 出水水質(zhì)分析

目前我國(guó)還沒(méi)有針對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水處理出水的水質(zhì)要求規(guī)范，因此本研究的預(yù)期出水水質(zhì)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅳ類(lèi)水和《浙江省水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘生態(tài)化建設(shè)與改造規(guī)范》養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)期出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

從圖3、圖4可以看出，經(jīng)HYBAS工藝處理后，僅在運(yùn)行前期的個(gè)別時(shí)段存在出水水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象，運(yùn)行穩(wěn)定后，出水COD、TN、TP、氨氮濃度均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的出水水質(zhì)指標(biāo)，出水水質(zhì)情況總體較好。

2.4 HYBAS工藝優(yōu)勢(shì)分析

目前對(duì)于甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水的處理大多采用傳統(tǒng)的水質(zhì)改良劑[13]和普通活性污泥法，這些技術(shù)在運(yùn)行時(shí)均存在一定的缺點(diǎn)，難以完全有效地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水。水質(zhì)改良劑能有效降低養(yǎng)殖廢水中的氮磷含量，但處理效果維持時(shí)間較短，且長(zhǎng)期使用易導(dǎo)致底質(zhì)惡化；普通活性污泥法對(duì)養(yǎng)殖廢水處理效果較好，但是設(shè)施占地面積較大、抗沖擊負(fù)荷能力差，不適合水質(zhì)條件變化較大的情況。

本研究在總結(jié)其他廢水處理工藝的基礎(chǔ)上，采用HYBAS工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理。從技術(shù)角度來(lái)看，該處理工藝設(shè)計(jì)比較新穎，可靠性較高，系統(tǒng)處理效果也表現(xiàn)良好；從建設(shè)費(fèi)用來(lái)看，工程化建設(shè)時(shí)所有處理設(shè)施的池體可以全部采用磚砌覆膜的方式進(jìn)行建設(shè)，可大大降低建設(shè)成本，而生化處理裝置的安裝成本相對(duì)較低，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用；從運(yùn)行費(fèi)用來(lái)考慮，該處理工藝僅包括水體必要的提升和生化處理階段需要的池體曝氣等動(dòng)力系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用主要是電費(fèi)，以廢水處理規(guī)模為20 t/d計(jì)算，日運(yùn)行費(fèi)用約為6元/d，即平均每噸甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水的處理費(fèi)用為0.3元，HYBAS工藝具有一定經(jīng)濟(jì)性。

另外，經(jīng)HYBAS工藝處理后的廢水水質(zhì)較好，可以考慮循環(huán)利用，如水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)有其他青蝦等耗水量較大的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種時(shí)，則可以考慮使用處理過(guò)的甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水作為補(bǔ)充用水和循環(huán)用水使用，使水資源得到最大程度的利用。

3 結(jié) 論

甲魚(yú)養(yǎng)殖的溫室廢水污染嚴(yán)重，污染程度明顯高于外塘廢水，將溫室廢水和外塘廢水混合后收集在囤水池中，采用HYBAS工藝對(duì)囤水池廢水進(jìn)行處理。HYBAS工藝對(duì)甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水處理效果較好，COD、TP平均去除率分別為63.76%、59.32%；受冬季低溫影響，HYBAS工藝運(yùn)行前期對(duì)TN、氨氮去除效果較差，而運(yùn)行后期去除效果良好，TN、氨氮平均去除率分別為42.84%、85.71%，處理出水總體滿(mǎn)足GB 3838—2002中Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和《浙江省水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘生態(tài)化建設(shè)與改造規(guī)范》養(yǎng)殖廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。相較于傳統(tǒng)的水質(zhì)改良劑和活性污泥法來(lái)說(shuō)，HYBAS工藝建設(shè)費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果良好，是一種簡(jiǎn)單易行的甲魚(yú)養(yǎng)殖廢水處理工藝，適合進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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StudyonthetreatmenteffectofHYBASonturtlebreedingwastewater

ZHUJianlong1，ZHANGTao1，JIANGLuping2，LUOJinfei2，HUANGCancan1.

(1.AnalysisandTestingCenter,YangtzeDeltaRegionInstituteofTsinghuaUniversity,JiaxingZhejiang314006;2.JiaxingFisheriesTechnologyExtensionStation,JiaxingZhejiang314001)

朱建龍，男，1980年生，本科，工程師，研究方向?yàn)閺U水處理。#

。

*浙江省科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(No.2015C32115)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2015C33009)；嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2015AY11008)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.004

2017-02-15)