海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的生物脫氮技術(shù)淺析

張婷

摘 要 海水循環(huán)水養(yǎng)殖所排放的廢水中包含著高濃度的含氮化合物，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖安全和水環(huán)境質(zhì)量造成嚴(yán)重的危害。傳統(tǒng)的脫單技術(shù)存在著很多方面的問題，如成本高、工藝復(fù)雜等。生物脫氮技術(shù)作為水處理的一項(xiàng)重要技術(shù)，在廢水的處理等方面得到廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為提高我國海水循環(huán)水養(yǎng)殖提供參考的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 海水循環(huán)水；養(yǎng)殖系統(tǒng)；生物脫氮

中圖分類號(hào)：X714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）09--02

隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的逐漸發(fā)展，海水養(yǎng)殖對(duì)周邊環(huán)境的影響也普遍受到關(guān)注。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的52%～95%氮、85%磷等固體餌料最終可以分解成常見的污染物——含氮廢物。含量含氮的廢物在水中形成三氮：氨氮、亞硝酸氮以及硝酸氮，這些廢物的長期積累對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象的生長起著嚴(yán)重的抑制作用，這也是養(yǎng)殖水域中爆發(fā)疾病的重要原因之一。海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的養(yǎng)殖技術(shù)，其核心是水處理技術(shù)。海水循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)中的生物凈化系統(tǒng)具有高效率、穩(wěn)定性等特點(diǎn)，為養(yǎng)殖提供了有益的環(huán)境。

1 生物脫氮技術(shù)的基本原理

海水循環(huán)是養(yǎng)殖系統(tǒng)中存在著大量的廢水，且其中包含著許多的氮廢物，如有機(jī)氮、硝態(tài)氮等，其中占據(jù)龐大比例的要數(shù)氨氮和有機(jī)氮。在利用生物技術(shù)處理廢水的過程中，主要通過異養(yǎng)微生物對(duì)有機(jī)氮進(jìn)行生物氧化分解，將氮廢物轉(zhuǎn)化為氣體的形式，通過氨化作用轉(zhuǎn)化成氨氮，在經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)化成硝酸氮和亞硝酸氮，經(jīng)過反硝化技術(shù)成為氨氣釋放到大氣中。因此生物脫氮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氨化、硝化和反硝化的3個(gè)步驟之間的轉(zhuǎn)換，其關(guān)鍵技術(shù)在于硝化和反硝化。

2 海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)脫氮工藝

2.1 常用海水循環(huán)水生物脫氮工藝

由于海水中含鹽量度與養(yǎng)殖廢水的貧營養(yǎng)化，增加了養(yǎng)殖廢水脫氮技術(shù)的處理難度。因此海水循環(huán)養(yǎng)殖脫氮工藝的選擇需要考慮多方面的因素。圖1為海水循環(huán)水處理的工藝流程。

由于貧營養(yǎng)的海水養(yǎng)殖廢水多采用生物膜法進(jìn)行處理，其中最為常見的就是生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等，而A/O、SBR等活性污泥法的應(yīng)用比較少。海水循環(huán)水生物脫氮技術(shù)的速率為1.4～100.0 mg/（h·L），其速率與反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、填料類型等相關(guān)。因此在具體的處理中可以通過優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，填料等方式來減少反應(yīng)器的有效容積，保障填料均勻分布，提高脫氮的效率[1]。

2.2 同步硝化/反硝化脫氮

傳統(tǒng)生物脫氮要經(jīng)過硝化后在進(jìn)行反硝化，因此在此過程中需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行，或者時(shí)間和空間上形成交替循環(huán)的缺氧和好氧環(huán)境。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要是有前置反硝化和后置反硝化兩個(gè)過程。前置反硝化主要利用廢水中易降解的有機(jī)物作為碳源而實(shí)現(xiàn)反硝化。雖然這樣可以節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用，但是目前前置反硝化工藝取出氮不徹底，因此在實(shí)際的工藝過程中需要進(jìn)行大循環(huán)比，相應(yīng)的增加了能耗。后置反硝化主要依賴于外加快速易降解有機(jī)碳源的投入，這樣會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，能夠?qū)⑺械腃OD和低水平的DO，從而提高水質(zhì)。因此傳統(tǒng)生物脫氮工藝的流程較長，且投資較高，需要外加堿度來維持系統(tǒng)的酸堿平衡[2]。近年來隨著同步硝化/反硝化工藝的逐漸發(fā)展，生物脫氮技術(shù)在海水循環(huán)水養(yǎng)殖中發(fā)揮著巨大的作用和價(jià)值。

近年來，隨著好氧反硝化菌和異養(yǎng)消化菌的發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外的不少實(shí)驗(yàn)中逐漸應(yīng)用硝化和反硝化，并且存在于不同的生物處理系統(tǒng)中，如流化床反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤等，可以在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，并且具有曝氣量減少、降低能耗以及縮短反應(yīng)時(shí)間等諸多優(yōu)良的特點(diǎn)。

2.3 影響生物脫氮的因素

硝化作用是影響生物脫氮的一個(gè)重要的影響因素。其影響因素主要有溫度、酸堿度、溶解氧等。在生物硝化系統(tǒng)中，硝化菌對(duì)溫度感應(yīng)十分強(qiáng)烈，硝化菌的正常生理代謝溫度為5～35 ℃范圍內(nèi)，如果超過或者低于這個(gè)溫度，硝化菌就失去正常的代謝活動(dòng)。硝化菌對(duì)酸堿度也十分的敏感，最佳的酸堿度為8.0～8.4.在最佳的酸堿度下，硝化的速度以及硝化菌能夠達(dá)到最理想的狀態(tài)。硝化反應(yīng)中電子受體為氧，反應(yīng)器內(nèi)的硝化進(jìn)程受溶解氧高低的影響十分大。溶解氧在活性污泥法系統(tǒng)中的用量一般為1.5～2.0 mg/L，銅梁過高或者過低都發(fā)揮不到良好的硝化作用。為了促進(jìn)硝化菌群能夠在連續(xù)性在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)長期的存活，一般微生物在反應(yīng)器中停留的時(shí)間要比自養(yǎng)型硝化菌的最小時(shí)代時(shí)間低，否則消化菌的流失率將會(huì)大大增加。為了使消化菌從系統(tǒng)中消失，除了重金屬外，高濃度氨氮、高濃度硝酸鹽等對(duì)硝化反應(yīng)也起著抑制的作用。

反硝化作用主要受溫度、溶解氧以及酸堿度等因素的影響。反硝化細(xì)菌雖然對(duì)溫度的敏感性低于硝化菌，但隨著溫度的變化，反硝化菌也會(huì)呈現(xiàn)與之相對(duì)應(yīng)的多樣性。溫度的高低影響著反硝化菌的反應(yīng)速率。在35℃的溫度下，反硝化的速率會(huì)逐漸增大，當(dāng)溫度降低時(shí)，反硝化的速率也會(huì)明顯的降低。酸堿度對(duì)反硝化也具有一定的影響。反硝化最佳的酸堿度為6.5～7.5，在這樣的酸堿度下。反硝化的速率最高，如果超出或者低于這個(gè)范圍內(nèi)，反硝化的速率就會(huì)大大下降。反硝化菌在厭氧的條件下，電子受體為NOx-N，電子供體為有機(jī)物。因此碳源是反硝化過程 中必備的物質(zhì)，進(jìn)水的C/N對(duì)生物脫氮除氮的效果有直接的作用。一般BOD/TKN=3-4有機(jī)物越充分，反應(yīng)的速度越快，如果低于這個(gè)范圍，則需要增加碳源，這樣才能夠提高脫氮的效率。因此在生物脫氮技術(shù)中，碳源作為重要的物質(zhì)，對(duì)反硝化作用起著重要的影響。研究表明乙醇是生物脫氮技術(shù)的有效外加碳源，近年來利用內(nèi)源性碳源的方法也逐漸廣泛，也就是利用海洋循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的含碳物質(zhì)，如糞便、水解產(chǎn)物作為電子供體。

3 結(jié)語

生物脫氮技術(shù)在海循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，在實(shí)際的運(yùn)用過程中要不斷地進(jìn)行升級(jí)和改造，發(fā)揮生物脫氮技術(shù)在海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的重要作用，為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供一個(gè)健康良好的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]志斐，王廣軍，陳鵬飛，等.生物浮床技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用概況[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（3）：106-108，114.

[2]許育新，孫鸝，喻曼，等. 同步硝化反硝化脫氮在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理中的應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（7）：1119-1121.

（責(zé)任編輯：劉昀）