本發(fā)明涉及廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種用于低碳氮比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理系統(tǒng)及處理方法。

背景技術(shù)：

我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖多以高密度集約工廠化養(yǎng)殖模式進行，此種養(yǎng)殖模式的水體中氨氮、亞硝酸鹽氮含量往往嚴(yán)重超標(biāo)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展帶來破壞性的影響；最初，為了保持良好的養(yǎng)殖環(huán)境，養(yǎng)殖者增加了換水頻率，這不僅浪費水資源，直接排放的廢水還危及周圍的水生態(tài)環(huán)境。

對養(yǎng)殖廢水進行脫氮的兩類主要方法中，生物脫氮法相對于物理化學(xué)法具有費用低、不產(chǎn)生二次污染、不破壞養(yǎng)殖生態(tài)平衡的優(yōu)點，是處理養(yǎng)殖廢水的優(yōu)選方法；目前，傳統(tǒng)的以硝化/反硝化為核心的生物脫氮工藝已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，如申請公布號為cn105692900a的中國發(fā)明專利公開了一種短程硝化-反硝化間歇曝氣序批式生物反應(yīng)裝置及處理高氨氮污水的方法，實現(xiàn)了高氨氮污水的高效處理，降低污水的氮、磷含量。

然而，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水大多具有低碳氮比的特性，特別是溫室甲魚養(yǎng)殖廢水，70%以上的水樣其碳氮比小于2。研究表明，在低碳氮比的條件下，傳統(tǒng)工藝的氮素去除率顯著降低，需要對工藝進行改進以保證脫氮效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種用于低碳氮比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理系統(tǒng)及廢水處理方法，適用于碳氮比（c/n，c以cod計）較低的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理，其氨氮、亞硝酸鹽氮及總氮的去除率基本可保持在90%以上。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種用于低碳氮比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理系統(tǒng)，用來處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，包括連接在一起的硝化裝置和反硝化裝置、廢水儲存裝置、用于連通的管路以及使廢水在上述裝置中循環(huán)流動的循環(huán)泵，廢水先流經(jīng)所述硝化裝置，再流經(jīng)所述反硝化裝置；所述硝化裝置由硝化格柵組合而成，所述硝化格柵內(nèi)填充有硝化填料，所述反硝化裝置由反硝化格柵組合而成，所述反硝化格柵內(nèi)填充有固相碳源填料。

硝化填料用于提供硝化細菌附著面，促進其富集和生長，成為硝化細菌轉(zhuǎn)化氨氮類物質(zhì)的“硝化場”，通常而言，其表面積愈大愈好；固相碳源填料對于低碳氮比養(yǎng)殖廢水的反硝化脫氮至關(guān)重要，能夠為反硝化細菌提供所需要的碳源，增強氮素的去除效率。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硝化填料為若干個懸浮填料，所述懸浮填料包括若干同圓心的圓圈和連接所述圓圈的連接部，其為中空結(jié)構(gòu)，在水流及曝氣的作用下，處于懸浮流化狀態(tài)。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硝化填料為懸掛在所述硝化格柵內(nèi)的彈性填料，所述彈性填料的四周設(shè)置有延伸出來的若干分支。

懸浮填料的比表面積﹥100m²/m³，為大量微生物附著生長提供了空間，特別是為自養(yǎng)型、附著成長特性的硝化細菌的生長創(chuàng)造了條件。同時，填料的易流化，增加了對氣泡的撞擊和切割，提高了氧的利用率，使微生物處于高活性的對數(shù)增長期，提高了有機物的去除及氨氮等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。

懸掛的彈性填料具有一體化的特點，其裝卸方便快捷，填料本身比表面積大，微生物附著空間大，易掛膜，其分支能長期在水中保持輻射狀張展，對上升氣泡的切割性能好，提高了氧的轉(zhuǎn)移速率和利用率，有利于硝化反應(yīng)的進行。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硝化格柵和所述反硝化格柵均由交錯設(shè)置的上開口格柵和下開口格柵組合而成，所述上開口格柵的底部封死，上端的水平位置較所述下開口格柵的上端低；所述下開口格柵底部開口，上端的水平位置較所述上開口格柵的上端高。

如此設(shè)置的目的在于延長養(yǎng)殖廢水的流動路徑和停留時間，使得養(yǎng)殖廢水中的硝化及反硝化反應(yīng)得以充分進行，提高了氮素的去除效率。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述固相碳源填料為phbv材料制成的圓柱狀顆粒。

甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖也可作為碳源，但其容易出現(xiàn)投加量不足或過量的情況，脫氮效果不穩(wěn)定，維護麻煩；一些天然的固相碳源，如：秸稈。樹皮、蘆葦?shù)葍r格低廉，但其降解時會產(chǎn)生大量的氨，并伴隨有出水顏色加深的環(huán)境污染問題。

phvb(聚羥基丁酸戊酸酯)是利用生物發(fā)酵工程獲得的有機高分子聚合物。它是微生物在非平衡狀態(tài)下(如缺乏氮、磷)，把某些有機化合物作為自己的能量和碳源儲存在體內(nèi)而生成的脂肪族聚合物，本質(zhì)上是微生物生長中的能源儲備物質(zhì)。由于phbv可以以各種有機物如淀粉糖、食品工業(yè)廢物、廢棄水果、蔬菜、植物殘骸等為原料，因而具有廣泛的來源。phbv具有較好的生物降解性，在微生物酶的作用下而降解、釋放碳源。

當(dāng)水體中氮的濃度較高時，反硝化細菌活躍，降解phbv相關(guān)的酶的量相對增加，釋放的碳源就比較多；隨著氮的濃度的下降，反消化細菌的活性降低，相關(guān)酶的量隨之下降，碳源的釋放也會相應(yīng)降低。因此，phbv不僅為生物脫氮提供了連續(xù)的碳源，而且作為一種緩釋碳源，其降解速率可隨環(huán)境的變化做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，不會因釋放過量的有機碳而使水質(zhì)惡化。一方面，phbv作為固相基質(zhì)有利于生物膜的形成，另一方面，反硝化脫氮運行過程中，不需要頻繁維護，只需要按時添加或更換碳源，周期可以年計，這在相當(dāng)程度上簡化了控制工藝和運營成本。實際使用時，將phvb制成的固相碳源填料分裝于網(wǎng)袋中，再投放至反硝化格柵中即可。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述反硝化裝置的出口端設(shè)置有取水口。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硝化裝置的硝化格柵內(nèi)設(shè)置有曝氣裝置。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硝化裝置和所述反硝化裝置之間設(shè)置有降氧裝置，所述降氧裝置包括若干個格柵，所述格柵內(nèi)無填料。

降氧裝置設(shè)置的目的是降低水體中的溶解氧，硝化裝置的曝氣使得料液中溶解氧量增高，會抑制反硝化裝置的反應(yīng)，進而降低脫氮效率。

一種廢水處理方法，包括如下步驟：

①微生物掛膜：在處理系統(tǒng)中注入養(yǎng)殖廢水，并開啟循環(huán)泵使得處理系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，保持運行環(huán)境溫度為25~30℃，每3天更換一半的養(yǎng)殖廢水，隔天取水樣檢測其nh4-n、no2-n及tn的濃度，上述物質(zhì)的濃度穩(wěn)定后即掛膜完成；

②循環(huán)處理：注入待處理的養(yǎng)殖廢水，在處理系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)處理，通過設(shè)置循環(huán)泵的流量將養(yǎng)殖廢水的循環(huán)周期控制在8小時，處理后將養(yǎng)殖廢水排出；

③重復(fù)：重復(fù)步驟②即可。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：

（1）該廢水處理系統(tǒng)及廢水處理方法適用于碳氮比較低的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理，能夠在填料上生成細菌群落構(gòu)成的生物膜，其氨氮、亞硝酸鹽氮及總氮的去除率基本可保持在90%以上；

本申請應(yīng)用miseq高通量測序技術(shù)對硝化裝置內(nèi)填料上的的生物膜a和反硝化裝置內(nèi)phbv填料上的生物膜b的細菌群落組成和結(jié)構(gòu)進行了分析，其豐度及多樣性指數(shù)見下表：

其中，變形菌門是a和b中最主要的菌門，在a樣品中為93.26%，b中為65.68%。硝化螺菌門是a中特有的優(yōu)勢菌種，厚壁菌門、擬桿菌門、螺旋體門和綠菌門在兩生物膜樣品中均有鑒定，但在b中的占比遠高于a。

（2）該廢水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無二次污染產(chǎn)生；

（3）該廢水處理系統(tǒng)維護方便；

（4）該廢水處理系統(tǒng)及處理方法操作容易。

附圖說明

圖1為用于低碳氮比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為上開口格柵和下開口格柵形成的養(yǎng)殖廢水流動通道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為懸浮填料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為彈性填料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實施例3所述微生物掛膜階段各物質(zhì)濃度及ph值隨時間的變化趨勢圖；

圖6為實施例3所述處理過程中含氮物質(zhì)濃度及ph值隨時間的變化趨勢圖；

圖7為實施例4所述處理過程中含氮物質(zhì)濃度及ph值隨時間的變化趨勢圖；

圖中：硝化裝置1、硝化格柵11、硝化填料12、懸浮填料12-a、彈性填料12-b、反硝化裝置2、反硝化格柵21、固相碳源填料22、取水口23、上開口格柵a、下開口格柵b、廢水儲存裝置3、管路4、循環(huán)泵5、曝氣裝置6、降氧裝置7。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：

實施例1：參考圖1~圖3，用于低碳氮比水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的的硝化裝置1、降氧裝置7和反硝化裝置2、廢水儲存裝置3、用于連通的管路4以及使廢水在上述裝置中循環(huán)流動的循環(huán)泵5，還包括設(shè)置在所述硝化裝置1的硝化格柵11內(nèi)的曝氣裝置6，廢水先流經(jīng)所述硝化裝置1，再流經(jīng)所述反硝化裝置2；

所述硝化裝置1由硝化格柵11組合而成，所述硝化格柵11內(nèi)填充有硝化填料12，所述硝化填料12為若干個懸浮填料12-a，所述懸浮填料12-a包括若干同圓心的圓圈和連接所述圓圈的連接部；

所述反硝化裝置2由反硝化格柵21組合而成，所述反硝化格柵21內(nèi)填充有固相碳源填料22，所述固相碳源填料22為phbv材料制成的圓柱狀顆粒，所述反硝化裝置2的出口端設(shè)置有取水口23；

所述降氧裝置7包括四個格柵，其內(nèi)不設(shè)置填料。

所述硝化格柵11和所述反硝化格柵21均由交錯設(shè)置的上開口格柵a和下開口格柵b組合而成，所述上開口格柵a的底部封死，上端的水平位置較所述下開口格柵b的上端低；所述下開口格柵b底部開口，上端的水平位置較所述上開口格柵a的上端高。

實施例2：參考圖1、圖2和圖4，與實施例1的不同之處在于：所述硝化填料12為懸掛在所述硝化格柵11內(nèi)的彈性填料12-b，所述彈性填料12-b的四周設(shè)置有延伸出來的若干分支。

實施例3：參考表1，參考圖5、圖6，一種水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理方法，用于處理甲魚養(yǎng)殖廢水，包括如下步驟：

①微生物掛膜：在處理系統(tǒng)中注入養(yǎng)殖廢水，并開啟循環(huán)泵使得處理系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，調(diào)節(jié)循環(huán)泵使得養(yǎng)殖廢水每24小時循環(huán)一次，保持運行環(huán)境溫度為25~30℃，每3天更換一半的養(yǎng)殖廢水，隔天取水樣測定其nh4-n、no2-n及tn的濃度，上述物質(zhì)的濃度穩(wěn)定后即掛膜完成，此過程持續(xù)了4周，最終測得水體的nh4-n、no2-n及tn的數(shù)值分別穩(wěn)定在1.0~1.4mg/l，0.05~0.07mg/l，12~15mg/l，ph值為7.2~7.5；

②循環(huán)處理：注入待處理的養(yǎng)殖廢水，在處理系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)處理，通過設(shè)置循環(huán)泵的流量將養(yǎng)殖廢水的循環(huán)周期控制在8小時，處理96小時后將處理后的養(yǎng)殖廢水排出；

③重復(fù)：重復(fù)步驟②即可。

甲魚養(yǎng)殖廢水的nh4-n、no2-n及tn的含量分別降至1.2mg/l，0.05mg/l，2.0mg/l，氨氮、亞硝氮及總氮的去除率分別為97.58%、97.02%和98.43%。

表1實施例3及實施例4待處理廢水的水質(zhì)

實施例4：參考表1、圖7，一種水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理方法，用于處理南美對蝦養(yǎng)殖廢水，包括如下步驟：

①微生物掛膜：采用實施例3所用處理系統(tǒng)，已經(jīng)完成掛膜，本實施例不再重復(fù)進行掛膜；

②循環(huán)處理：注入待處理的南美對蝦養(yǎng)殖廢水，在處理系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)處理，通過設(shè)置循環(huán)泵的流量將養(yǎng)殖廢水的循環(huán)周期控制在8小時，處理48小時后將處理后的養(yǎng)殖廢水排出；

③重復(fù)：重復(fù)步驟②即可。

南美對蝦養(yǎng)殖廢水的nh4-n、no2-n及tn的含量分別降至0.36mg/l，0.02mg/l，1.2mg/l，氨氮、亞硝氮及總氮的去除率分別為90.24%、98.60%和90.4%。

實施例3和實施例4此后處理其他類型的養(yǎng)殖廢水時，不局限于本類型的養(yǎng)殖廢水，且無需重復(fù)微生物掛膜步驟。