固定化生物硅藻土強化CAST工藝處理海水養(yǎng)殖廢水研究

陳進斌 曹軍瑞 苗英霞

摘要：將3株從天津市某海水養(yǎng)殖場底泥中分離到的好氧反硝化菌按照3∶2∶1的比例組合成好氧反硝化復合菌劑，并采用5%聚乙烯醇、2%海藻酸鈉和3%硅藻土將好氧反硝化復合菌劑包埋形成固定化生物硅藻土小球。將其投加到循環(huán)式活性污泥（CAST）反應器中，考察固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水化學需氧量（COD）、無機氮和磷酸鹽的去除效果。結果表明，在相同運行條件下，投加固定化生物硅藻土小球的CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水中COD、無機氮和磷酸鹽的去除率維持在83%、99%和96%以上，與傳統(tǒng)CAST工藝相比分別提高了30、28和55個百分點左右。

關鍵詞：固定化生物硅藻土;循環(huán)式活性污泥法;海水養(yǎng)殖廢水

Abstract： The three aerobic denitrifier isolated from sediment of one marine aquaculture farm in Tianjin city were made into aerobic denitrification microbial agent in a ratio of 3∶2∶1， and 5% polyvinyl alcohol， 2% sodium alginate and 3% diatomite was used to embed the aerobic denitrification microbial agent to form immobilized bio-diatomite. The immobilized bio-diatomite was added to the cyclic activated sludge technology （CAST） reactor to investigate the treatment capability of COD， inorganic nitrogen and phosphate in marine aquaculture wastewater by the cyclic activated sludge technology reactor with immobilized bio-diatomite. The results showed that under the same operation condition， the reduction rate of COD， inorganic nitrogen and phosphate by the cyclic activated sludge technology reactor with immobilized bio-diatomite can keep above 83%， 99% and 96%， respectively. It was 30 pecentage points， 28 pecentage points and 55 pecentage points higher than that of the traditional cyclic activated sludge technology reactor， respectively.

Key words： immobilized bio-diatomite; cyclic activated sludge technology; marine aquaculture wastewater

海水養(yǎng)殖對象產生的排泄物以及殘余餌料等不僅會對海洋環(huán)境造成一定的污染，同時也會反作用于海水養(yǎng)殖業(yè)，影響海水養(yǎng)殖對象的生長。隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，這個問題越來越嚴重并逐漸引起人們的重視[1-3]。為實現(xiàn)海水養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，亟需一種廉價、高效且安全的海水養(yǎng)殖廢水處理方法，解決海水養(yǎng)殖廢水中鹽度對處理效果的影響，將海水養(yǎng)殖廢水凈化后達標排放，從而實現(xiàn)海水養(yǎng)殖與海洋環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展[4-6]。

硅藻土具有孔隙度高、滲透性強、比表面積大、化學穩(wěn)定性好等特性，具有較強的吸附能力及過濾性能，再加上其成本較低，因而在水處理中得到了廣泛的應用[7，8]。本研究將高效好氧反硝化復合菌劑、硅藻土及固定化技術結合起來，制成固定化生物硅藻土小球，并將其與傳統(tǒng)CAST工藝結合起來用于處理海水養(yǎng)殖廢水，以期得到一種安全高效且廉價的海水養(yǎng)殖廢水處理工藝[9-13]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1）菌株。從天津某海水養(yǎng)殖場底泥中分離得到。

2）水樣。將海水晶添加到實驗室錦鯉養(yǎng)殖廢水中制得，其化學需氧量（CODMn）約33 mg/L，無機氮含量約50 mg/L，磷酸鹽（以P計）含量約1 mg/L。

3）硅藻土。取自云南騰沖某選礦廠。

4）活性污泥。取自天津某污水處理廠污泥回流池，并在實驗室進行耐鹽馴化。

1.2 方法

1.2.1 固定化生物硅藻土小球的制備 將實驗室篩選到的3株菌MCW148、MCW151和MCW154液體培養(yǎng)24 h后按照3∶2∶1的體積比混合得到高效好氧反硝化復合菌劑。將硅藻土按照3%的比例加入高效好氧反硝化復合菌劑中制成菌懸液。取質量分數(shù)為5%的聚乙烯醇和質量分數(shù)為2%的海藻酸鈉混合后與制得的菌懸液按照8∶1的體積比混合，然后用注射器將載體混合液注入4%的CaCl2溶液中制作成直徑約3 mm菌球;4 ℃交聯(lián)20 h后用去離子水洗滌形成固定化生物硅藻土小球[14]。

1.2.2 固定化生物硅藻土強化CAST工藝 CAST裝置如圖1所示，裝置總容積20 L，每次排水10 L。運行周期：進水+反應8 h（其中進水約0.5 h），靜置沉淀2.0 h，排水0.5 h，閑置1.5 h，合計12 h[15]。

將活性污泥投入主反應區(qū)，采用添加海水晶的市政生活污水對活性污泥進行馴化，逐步提高進水中海水晶的濃度直至進水中的鹽度與海水相近，然后采用試驗用海水養(yǎng)殖廢水作為進水，待系統(tǒng)出水指標穩(wěn)定后進行后續(xù)試驗。

1）傳統(tǒng)CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水的處理效果。裝置置于室內，將室內溫度穩(wěn)定在28 ℃，穩(wěn)定運行后連續(xù)運行20 d，每天測定CAST裝置進出水中的COD、無機氮和磷酸鹽含量。

2）固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝處理海水養(yǎng)殖廢水的效果。將2 000 g固定化生物硅藻土小球投入到裝置主反應區(qū)，在28 ℃下穩(wěn)定運行后連續(xù)運行20 d，每天測定CAST裝置進出水中的COD、無機氮和磷酸鹽含量。

2 結果與分析

2.1 固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對COD的去除效果

固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水中COD具有良好的去除效果，CAST生物處理裝置穩(wěn)定運行后，12 h運行周期條件下對COD的去除率維持在83%以上，出水COD的濃度低于6 mg/L（圖2）。相比傳統(tǒng)CAST工藝，采用固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝使得海水養(yǎng)殖廢水在菌劑和硅藻土的雙重作用下被微生物利用轉化為自身物質或被硅藻土吸附后隨污泥排出，從而導致裝置對海水養(yǎng)殖廢水中COD的去除率得到大幅提高。

2.2 固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對無機氮的去除效果

固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水中無機氮具有良好的去除效果，CAST生物處理裝置穩(wěn)定運行后，12 h運行周期條件下對無機氮的去除率維持在99%以上，出水無機氮的濃度低于0.5 mg/L（圖3）。相比傳統(tǒng)CAST工藝，采用固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝使得海水養(yǎng)殖廢水中的硝基氮在好氧反硝化菌劑的作用下被轉化為氮氣或一氧化二氮而逸出，從而導致裝置對海水養(yǎng)殖廢水中無機氮的去除率得到大幅度提高。

2.3 固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對磷酸鹽的去除效果

固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝對海水養(yǎng)殖廢水中磷酸鹽具有良好的去除效果，CAST生物處理裝置穩(wěn)定運行后，12 h運行周期條件下對磷酸鹽的去除率維持在96%以上，出水磷酸鹽（以P計）的濃度低于0.05 mg/L（圖4）。相比傳統(tǒng)CAST工藝，采用固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝使得海水養(yǎng)殖廢水中的大部分磷酸鹽被硅藻土吸附后隨污泥排出，從而導致裝置對海水養(yǎng)殖廢水中磷酸鹽的去除率得到大幅度提高。

3 結論

與傳統(tǒng)CAST工藝相比，采用固定化生物硅藻土小球強化CAST工藝處理海水養(yǎng)殖廢水，在固定化生物硅藻土小球添加比例為10%時，CAST裝置對海水養(yǎng)殖廢水中COD、無機氮和磷酸鹽的去除效率分別提高了30、28和55個百分點左右，且裝置出水中COD、無機氮和磷酸鹽等指標能夠滿足《海水養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T 9103—2007）一級標準的要求。

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