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海水封闭循环养殖系统中生物滤器的设计和优化

作　者: 石芳永
导　师: 张延青；刘鹰
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 竹子填料海水生物滤器养殖废水硝化过程硝化动力学
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

工厂化封闭循环水养殖技术因其可大大减少用水量、对环境污染轻、高密度高产量、不受地域和气候限制、系统可控性强等诸多优点,被认为是解决环境污染、提高产品质量,并实现海水养殖业可持续发展的有效途径。封闭循环水养殖技术的关键是养殖废水的处理和循环利用,氨氮降解是其中非常重要的水处理工艺过程。作为封闭循环系统水处理的核心单元,生物滤器对去除水体中对养殖鱼类有害的NH₃-N和NO₂-N起关键作用。生物滤器的核心技术主要包括载体填料的选择和优化、生物膜特性和微生物生态学研究、以及通过硝化动力学研究获得科学高效的管理和操作模式,本课题以海水生物滤器的设计和优化为研究目的,分别对竹子填料海水生物滤器挂膜过程中除氮性能以及微生物群落变化、不同填料海水生物滤器的氨氮去除性能对比、有机碳对四种填料生物滤器硝化性能的影响规律及竹环填料海水生物滤器硝化动力学进行了实验研究。主要内容及结论如下:1、研究了竹子填料生物滤器在挂膜阶段和稳定运行阶段除氮性能以及微生物群落变化。结果表明:在系统运行的HRT为1h,水温为18～25,,气水比为3:1,pH为8.05～8.53条件下,当进水TAN浓度为0.08～0.15mg/L时,采用竹子填料的生物滤器有较快的挂膜速度,挂膜成功后滤料表面上生长的氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌的数量分别为4.5×10⁵ CFU/mL、1.5×10⁵ CFU/mL（光面）和1.1×10⁶CFU/mL（粗面）,生物滤器具有较高且稳定的氨氮去除效果,氨氮去除效率达到80%,出水浓度小于0.06mg/L,满足海水循环养殖系统中的应用要求。2、研究了四种不同填料生物滤器处理海水养殖废水的挂膜过程及其氨氮去除性能对比。结果表明:在系统运行的HRT为30min、水温14～18℃、进水TAN浓度约0.5mg/L、盐度为31的条件下,不同填料海水生物滤器的挂膜时间普遍需要2个月左右,维持相对稳定的进水负荷有利于其挂膜成熟和稳定。竹环填料滤器的出水亚氮较低,小于0.07 mg/L,麦饭石和陶粒填料滤器的出水亚氮较高,峰值分别达0.28 mg/L和0.13 mg/L。竹环、麦饭石、陶粒和塑料球四种填料生物滤器的最大氨氮去除速率分别为331.38、425.73、310.38、128.24 mg/（m³·h）。麦饭石较大的比表面积有利于填料表面生物膜的快速成熟以及滤器的稳定运行,但其出水亚氮浓度较高,这对于封闭循环水养殖系统不利。从除氮性能、造价、能耗等方面综合考虑,竹环填料在海水养殖废水的处理中具有广阔的应用前景。3、以海水养殖废水为处理对象,研究了有机碳对生物滤器氨氮去除速率的影响规律。结果表明:在循环水养殖系统中控制COD/TAN小于10时,可使生物滤器获得较高的氨氮去除速率,但当COD/TAN比继续增大到30时,氨氮去除速率下降并减小了约70%;对COD/TAN和氨氮去除速率的关系进行了多项式拟合,发现二项式特性的模型对它们之间的关系有很好的拟合度。4、研究了竹环填料生物滤器处理海水养殖废水的硝化动力学特性。反应器运行条件:DO＞6mg/L,COD＜0.01mg/L,水温25℃,盐度31,以氨氮作为影响硝化速率的唯一限制性底物。试验结果表明:采用间歇操作反应器,用Monod方程能够很好地表达养殖废水处理的硝化动力学,并用积分法求得反应动力学常数:并用积分法求得反应动力学常数:最大氨氮去除速率V_max=1828.70mg/（m³·h）,半饱和常数=0.3916mg/L,且R²=0.9752。经过模型验证,建立的动力学方程能预测实际状况。

海水封闭循环养殖系统中生物滤器的设计和优化

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