[发明专利]去除养殖水中硝态氮的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及水产养殖水处理，尤其是去除循环养殖水中硝态氮的方法和装置。

背景技术

生物过滤技术是水族馆和循环水养殖系统水处理的核心技术。目前，水族馆和循环水养殖系统水处理工艺中配置硝化型生物过滤器，将氨氮和亚硝氮氧化成硝态氮，造成养殖系统中硝态氮积累到较高浓度，通常高达100mg/L以上。尽管硝态氮对养殖对象的毒性比氨氮和亚硝态氮低，但是高浓度硝态氮也会影响养殖对象的生长，造成生长速度减缓，成活率降低，免疫力下降，中等浓度(700-1400μmol/L)的硝态氮也会影响养殖对象的组织发育，导致体质变弱甚至死亡，研究表明，在水族馆和循环水养殖系统中，应将循环养殖水中硝态氮浓度控制在50mg/L以下的安全浓度范围。

去除水中硝态氮的常用方法主要有离子交换法、膜分离法、生物反硝化法、水培植物方法等。生物反硝化法被认为是最适宜的循环养殖水脱硝方法，但循环养殖水中碳氮比低于1，因为缺乏足够的营养源和适宜的工况条件，脱硝效率非常有限。常见的异养反硝化需要添加甲醇等有机碳源或棉花、稻壳等固体碳源以提高碳氮比，添加甲醇等有机碳源存在成本高、添加物对养殖对象存在风险、需要配置后续处理装置，因而不能用于处理循环养殖水；棉花、稻壳等固体碳源亦因为存在碳释放效率低、易污染出水水质等因素而不被选择。水培植物方法因为占地面积较大、效率低而难以推广使用。

自养反硝化法分为硫自养反硝化和氢自养反硝化两类。氢自养反硝化不会产生任何反应负产物，但由于外源供氢易爆炸且成本较高，而电解产氢电耗成本较高，增加企业运行成本，所以氢自养反硝化在循环养殖水处理中的应用非常有限。用硫作为自养源可选择性地去除水中硝酸盐，而且成本较低，经济方便。但这种方法最大的缺陷是添加的硫被氧化成硫酸根，导致出水中硫酸盐含量增加；并且会造成出水中H⁺升高，pH值下降，影响养殖系统中硝化生物过滤器的硝化效率。单独添加可生物降解聚合物(BDPs)作为碳源进行异养反硝化，仍然存在固体碳源释放效率低的问题，严重制约反硝化效率的提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有方法缺陷，利用可生物降解聚合物碳源异养反硝化和硫自养反硝化，建立一种集成反应器，并在同一装置中实现硫自养反硝化和可生物降解聚合物碳源异养反硝化的去除循环养殖水中硝态氮的方法。

本发明包括采用硫自养反硝化、可生物降解聚合物碳源异养反硝化装置，其特征是硫自养反硝化段和可生物降解聚合物碳源异养反硝化段按体积比1∶1自下而上串联排列集成硫自养反硝化和可生物降解聚合物碳源异养反硝化脱硝装置；待硫自养反硝化-可生物降解聚合物碳源异养反硝化集成脱硝装置挂膜完成后，待处理的循环养殖水从集成脱硝装置的下部进水口进入，水力停留时间为6h，养殖水自下而上流经硫自养反硝化段的硫/石灰石填料层，所述硫/石灰石填料层由硫颗粒和石灰石按体积比为1∶2的比例均匀混合配制，在所述硫/石灰石填料层内，脱氮硫杆菌以单质硫为电子供体进行自养反硝化，去除部分硝态氮，并产生气态氮，石灰石平衡碱度；养殖水中剩余的硝态氮和硫自养反硝化过程中产生的硫酸根一起进入可生物降解聚合物碳源异养反硝化段，所述可生物降解聚合物碳源异养反硝化段填充可生物降解聚合物碳源填料和沸石填料层，所述可生物降解聚合物碳源填料和沸石填料层以聚乙烯醇(PVA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为碳源和生物附着载体，以沸石为支撑材料和附着载体，聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯、沸石按体积比为2∶3∶5的比例均匀混合配制，在所述可生物降解聚合物碳源填料和沸石填料层内，异养反硝化细菌将养殖水中剩余硝态氮去除，并产生气态氮，硫酸盐还原菌将硫酸根还原成硫化氢；处理后的养殖水从集成脱硝装置的上部出水口流出；反应过程中产生的气态氮和硫化氢气体等从排气口排出。

本发明将可生物降解聚合物碳源异养反硝化和硫自养反硝化两种过程相结合，具有出水水质稳定、工况控制简便的优点，实现了循环养殖水脱氮装置的高效、小型化，与现有处理方法相比，水培植物虽然高效而无副作用，但难以实现装备化，而且占地面积比较大，所以推广起来存在一定的难度；单独的硫自养反硝化或添加甲醇等液体碳源的异养反硝化装置的处理出水中均存在反应副产物，这些反应副产物对养殖对象存在风险，而本发明将自养反硝化和异养反硝化结合，并且采用可释放安全碳源的可生物降解聚合物(BDPs)作为固体碳源，最大程度的降低了反应的副作用。

附图说明

附图表示的是本方法采用的装置示意图。

具体实施方式