高鹽廢水解決方案精選(九篇)

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第1篇：高鹽廢水解決方案范文

海水循環(huán)水處理工藝

根據(jù)海水養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的廢物及其特點(diǎn)，常見的RAS工藝集沉淀、過(guò)濾、消毒、增氧、溫控、脫氮等為一體，并通過(guò)優(yōu)化組合充分發(fā)揮各凈化單元的作用，以滿足不同養(yǎng)殖對(duì)象對(duì)水質(zhì)的要求。如圖1所示，養(yǎng)殖單元出水經(jīng)沉淀池去除懸浮物、紫外線殺菌、生物濾池去除氨氮后，再進(jìn)入養(yǎng)殖池循環(huán)使用。在處理過(guò)程中，氨態(tài)氮的去除是應(yīng)該考慮的首要問(wèn)題，RAS工藝大多都有生物硝化處理，但有關(guān)反硝化工藝有待進(jìn)一步研究。

海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)脫氮工藝

1常用海水循環(huán)水生物脫氮工藝由于海水的高鹽度與養(yǎng)殖廢水的貧營(yíng)養(yǎng)，增加了養(yǎng)殖廢水脫氮處理的難度。國(guó)外對(duì)于海水RAS脫氮處理的工藝選擇、運(yùn)行條件、工藝參數(shù)及處理效果等研究較多，而國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道較少。其中部分國(guó)內(nèi)外對(duì)海水循環(huán)水生物脫氮的主要研究概況見表1。對(duì)于貧營(yíng)養(yǎng)的海水養(yǎng)殖廢水多采用生物膜法進(jìn)行處理，如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、流化床，尤以生物濾池最為常見，而A/O、SBR等活性污泥法應(yīng)用較少。表1中的海水循環(huán)水生物脫氮速率為1．4～100．0mg/(h•L)，這很可能與不同的操作參數(shù)有關(guān)，如反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、填料類型、電子供體的種類、反應(yīng)器中的氧化還原電位、水中硝酸鹽濃度等。通過(guò)反應(yīng)器的優(yōu)化、填料與碳源類型的選擇，可以減少反應(yīng)器的有效容積、控制生物膜厚度、保證填料均勻分布、提高脫氮效率。研究表明，乙醇是RAS生物脫氮的有效外加碳源，但近年來(lái)，利用內(nèi)源性碳源的方法也日益受到關(guān)注，即利用RAS本身含碳物質(zhì)如殘餌、糞便、水解產(chǎn)物作為反硝化電子供體。Klas等建立了關(guān)于RAS利用內(nèi)源碳源反硝化過(guò)程的化學(xué)計(jì)量方程：雖然內(nèi)源性碳源不如乙醇等外源性碳源易吸收利用，但可降低運(yùn)行成本，并可達(dá)到凈水與綜合利用廢棄物的目的。

2復(fù)合菌─藻系統(tǒng)生物脫氮工藝近年來(lái)，復(fù)合菌─藻系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于污水處理中，好氧細(xì)菌通過(guò)分解作用為藻類提供光合作用所需的碳源與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，藻類通過(guò)光合作用將水中的CO2與N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽合成為自身有機(jī)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。利用復(fù)合菌─藻生物脫氮是海水循環(huán)水脫氮工藝的一大發(fā)展方向，但可用于海水養(yǎng)殖廢水處理的水生植物種類相對(duì)較少，目前常用的海藻主要有石花菜、石莼、江蘺等。該工藝在海水RAS實(shí)際應(yīng)用中，需注意以下幾方面的問(wèn)題:首先，藻類夜間基本停止光合作用而不產(chǎn)氧，陰天的DO也較低，必須采取合理的增氧措施以避免養(yǎng)殖過(guò)程中間代謝產(chǎn)物NO2－－N的積累;其次，藻類的大量繁殖易造成出水中的懸浮物濃度增高，應(yīng)采用微濾除藻等工藝嚴(yán)格控制出水中的藻類;此外，如何選擇培育適合的藻菌品種，如何控制養(yǎng)殖環(huán)境的藻菌種類組成與比例等技術(shù)問(wèn)題也有待解決。

3固定化脫氮系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代起，也有研究者將固定化包埋技術(shù)應(yīng)用于養(yǎng)殖廢水處理中，如Park等曾利用PVA為載體進(jìn)行海水RAS固定化脫氮研究，但由于養(yǎng)殖廢水成分復(fù)雜，再加上環(huán)境因素的影響，目前水產(chǎn)養(yǎng)殖的固定化脫氮系統(tǒng)還僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究。

海水RAS常見的問(wèn)題及解決方案

總的來(lái)說(shuō)，目前對(duì)于海水RAS主要還是采用傳統(tǒng)工藝脫氮，即需經(jīng)歷好氧硝化與缺氧反硝化2個(gè)不同的過(guò)程。而水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水高DO與低C/N比的特點(diǎn)，使得厭氧反硝化菌在水產(chǎn)中的應(yīng)用一直受到很大限制，存在一些亟待解決的問(wèn)題。

1外加碳源解決低C/N比的問(wèn)題C/N比為脫氮處理的關(guān)鍵參數(shù)之一，根據(jù)傳統(tǒng)脫氮理論，實(shí)現(xiàn)完全反硝化的理論C/N比為2．86?？紤]到微生物生長(zhǎng)所需的碳素營(yíng)養(yǎng)(約占碳源總值的15%)，以及有機(jī)碳源的性質(zhì)與反硝化菌種的不同，對(duì)于易利用碳源，反硝化所需的實(shí)際C/N比為3～6。在C/N比充足的條件下，N2O、NO2－等中間產(chǎn)物的濃度迅速降低;碳源不足將導(dǎo)致NO2－的積累;碳源過(guò)量又會(huì)使NO3－還原為氨，甚至產(chǎn)生有毒硫化物。而海水養(yǎng)殖水體中的C/N比較低，在1～2之間，因此需外加碳源或自養(yǎng)反硝化。國(guó)內(nèi)外研究者采用了不同的方法試圖解決碳源不足的問(wèn)題，并取得了一定的效果，但也存在著各自的不足。如前所述，乙醇是RAS有效的外加碳源，但會(huì)增加運(yùn)行成本。雖然利用養(yǎng)殖固體廢棄物作碳源可變廢為寶，降低成本，但反硝化速率較低。此外，一種新型的固體碳源———非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料因其易控制、低殘留等優(yōu)點(diǎn)而被投入于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，但其生物利用性較低，且價(jià)格較高，從而阻礙了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。若以混合物質(zhì)為碳源或許可使工藝系統(tǒng)在處理效果、成本、管理等方面得到優(yōu)化，但目前尚無(wú)此方面的具體報(bào)道。

2反硝化環(huán)境的脫氧DO是脫氮處理中的另一個(gè)重要參數(shù)。一般認(rèn)為，反硝化反應(yīng)在缺氧條件下才能正常進(jìn)行，當(dāng)氧含量超過(guò)3%時(shí)，將導(dǎo)致NO的反硝化去除率明顯下降。而海水養(yǎng)殖水DO含量高，一般在4～8mg/L之間，對(duì)于反硝化而言應(yīng)脫氧預(yù)處理。Menasveta等所研究的斑節(jié)對(duì)蝦親蝦循環(huán)封閉養(yǎng)殖系統(tǒng)脫氮工藝，就在反硝化處理中增加了脫氧工藝，其反硝化工藝由1個(gè)脫氧柱、1個(gè)反硝化柱與再曝氣箱組成。

通過(guò)向脫氧柱通入氮?dú)獾姆绞矫撗?，使反硝化柱的進(jìn)水DO低于0．5mg/L，進(jìn)而保證了比較高的反硝化效率。Labelle等對(duì)封閉循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)進(jìn)行海水脫氮實(shí)驗(yàn)，海水鹽度為28g/L，在反硝化之前，往反硝化生物濾器中投加甲醇以及定期反沖洗進(jìn)行循環(huán)脫氧預(yù)處理，將水中DO調(diào)整為1mg/L以下，結(jié)果表明:脫氧處理對(duì)水pH值以及可溶性有機(jī)物濃度的影響不大。

人為投加碳源和脫氧處理可提供適合缺氧反硝化的環(huán)境，但是該環(huán)境中硫酸鹽還原菌對(duì)反硝化菌的競(jìng)爭(zhēng)抑制卻較少被提及。在海水生物脫氮過(guò)程中，若存在高濃度硫酸鹽的干擾，那么生物膜內(nèi)部的硫酸鹽還原菌會(huì)發(fā)生硫酸鹽還原，期間會(huì)競(jìng)爭(zhēng)反硝化所必需的碳源，并產(chǎn)生H2S。而H2S對(duì)生物具有毒性，會(huì)抑制N2O還原為氮?dú)?。在利用生物膜法處理海洋污水的過(guò)程中，對(duì)于缺氧環(huán)境中硫酸鹽高降解速率的關(guān)注，更甚于對(duì)于混合死角與填料污染問(wèn)題的關(guān)注，因此，在海水RAS中，不論是采用何種方法進(jìn)行脫氧，其脫氧階段均須保持海水的特性，尤其是海水中有機(jī)物、硝酸鹽與亞硝酸鹽的濃度，但反硝化過(guò)程脫氧預(yù)處理又意味著成本的增加。

3生物脫氮新工藝近年來(lái)，許多研究發(fā)現(xiàn):硝化反應(yīng)既可由自養(yǎng)菌完成，也可由某些異養(yǎng)菌完成;許多反硝化菌在好氧條件下也能進(jìn)行反硝化，這使同時(shí)硝化反硝化成為可能。目前，基于這些新發(fā)現(xiàn)開發(fā)出了一些脫氮新工藝，如同步硝化反硝化、短程反硝化工藝、一體化完全自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)等，這些新工藝解決了傳統(tǒng)脫氮工藝存在的不足，并在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為RAS系統(tǒng)脫氮提供了解決問(wèn)題的新途徑。

3．1同步硝化反硝化脫氮工藝自20世紀(jì)80年代，Robertson等在除硫和反硝化處理系統(tǒng)中，首次分離出好氧反硝化菌后，國(guó)內(nèi)外不少實(shí)驗(yàn)證實(shí)了同步硝化和反硝化現(xiàn)象，尤其在有氧條件下，流化床反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤、SBR、氧化溝、CAST等不同的生物處理系統(tǒng)中，均有同步硝化與反硝化現(xiàn)象的存在。同步硝化反硝化脫氮工藝(SimultaneousNitrificationandDenitrification，SND)是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行硝化與反硝化反應(yīng)，具有降低曝氣量、節(jié)省能耗、無(wú)需酸堿中和、簡(jiǎn)化系統(tǒng)操作、縮短反應(yīng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，可較好地解決傳統(tǒng)脫氮工藝中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，是一種具有廣泛應(yīng)用前景與開發(fā)價(jià)值的生物脫氮新工藝。目前，國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的好氧反硝化菌包括產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、異養(yǎng)球硫菌屬(Thiosphaerapantotropha)、叢毛單胞菌屬(Comamonas)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、草螺菌屬(Herbaspirillum)、副球菌屬(Paracoccus)和代爾夫特菌屬(Delftia)等，以假單胞菌屬(Pseudomonas)最為常見［30－40］。但來(lái)源于養(yǎng)殖水體的好氧反硝化菌的相關(guān)報(bào)道較少，且多由淡水環(huán)境中分離而得，能用于海水養(yǎng)殖水處理且針對(duì)亞硝酸鹽還原能力的報(bào)道極少。如高喜燕等在處理海水循環(huán)水生物濾器的生物膜中，分離出了1株耐鹽好氧反硝化假單胞菌屬(Pseudomonas)，該菌株以檸檬酸鈉為唯一碳源，在硝酸鹽初始濃度為140g/L、C/N比為15、pH為7．5、NaCl濃度為30g/L、30℃搖床培養(yǎng)的條件下，48h內(nèi)的脫氮率可達(dá)92%，且無(wú)NO2－－N的積累。由此可知，選育具有耐鹽特性的好氧反硝化菌株用于SND工藝為尋求海水養(yǎng)殖水凈化提供了新思路。

3．2短程硝化─厭氧氨氧化工藝近年來(lái)，已有一些短程硝化─厭氧氨氧化工藝(Sharon－Anammox)成功用于污水處理廠的報(bào)道。Tal曾利用16S－rRNA基因序列分子生物學(xué)分析方法，分別對(duì)淡水與海水養(yǎng)殖循環(huán)系統(tǒng)生物濾池的厭氧與好氧菌群的特性進(jìn)行了研究。Sharon－Anammox聯(lián)合工藝先通過(guò)Sharon反應(yīng)器將廢水中50%NH4+氧化為NO2－，然后進(jìn)入Anammox反應(yīng)器使NH4+與NO2－混合發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生N2。該工藝既減少了供氧量與能耗，又節(jié)省了碳源與堿量，其化學(xué)計(jì)量方程為:Sharon(短程硝化)工藝操作的關(guān)鍵是抑制硝化菌活性而使NO2－得到累積，從而阻止NO2－進(jìn)一步氧化。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)于短程硝化影響因素的研究而得出的選擇抑制理論，通過(guò)選擇合適游離氨(FA)質(zhì)量濃度范圍(1～10mg/L)，同時(shí)結(jié)合特定的反應(yīng)條件，如較高的反應(yīng)溫度(30～36℃)、較高的pH值(通常大于7．5)或者較低的溶解氧質(zhì)量濃度等來(lái)抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)NO2－的積累。宋宏賓等設(shè)計(jì)了水產(chǎn)養(yǎng)殖用水的三級(jí)生物膜短程硝化─反硝化處理工藝［48］，在設(shè)定進(jìn)水pH值7．5～8．5、溫度28～32℃、溶解氧0．5～1．0mg/L、游離氨濃度5～10mg/L的條件下，連續(xù)進(jìn)出水，廢水的COD、NH4+－N平均去除率分別達(dá)94．4%、91．6%，NO2－－N平均濃度控制在5．2mg/L以下，低于魚類的耐受濃度，基本達(dá)到養(yǎng)殖回用標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，短程硝化工藝用于低C/N比、低FA水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水脫氮處理具有可行性。Anammox(厭氧氨氧化)工藝作為反硝化的替代技術(shù)，與Sharon要求低FA的條件剛好相反，大多數(shù)的Ana-mmox是在高氨氮濃度條件下研發(fā)的，因此在低C/N比、低氨氮濃度的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水條件下，厭氧氨氧化仍有待進(jìn)一步研究。此外，厭氧氨氧化菌普遍具有生長(zhǎng)緩慢、對(duì)光和氧氣敏感的特點(diǎn)［50］，如何高效富集培養(yǎng)厭氧氨氧化菌、縮短厭氧氨氧化的啟動(dòng)時(shí)間是該工藝最大的限制因素。

3．3生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝生物膜內(nèi)自養(yǎng)脫氮工藝(CompletelyAutotrophicNitrogenRemovalOverNitrite，CANON)即在同一個(gè)反應(yīng)內(nèi)創(chuàng)造缺氧、好氧條件并存的環(huán)境，完成好氧菌亞硝化反應(yīng)與厭氧氨氧化菌反硝化反應(yīng)的一體化完全自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)。CANON工藝與Sharon－Anammox工藝類似，不同之處在于其整個(gè)脫氮過(guò)程是在同一個(gè)反應(yīng)內(nèi)完成。FA與DO也是CANON工藝的關(guān)鍵因素，尤其對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水而言，F(xiàn)A濃度較低是該工藝的限制因子。由于菌種共存于同一個(gè)反應(yīng)器，亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌勢(shì)必競(jìng)爭(zhēng)氨氮，而厭氧氨氧化菌的競(jìng)爭(zhēng)能力較弱，削弱了厭氧反應(yīng)，從而抑制反應(yīng)進(jìn)行，且出水中可能含有較高的NO2－，仍然需要對(duì)反應(yīng)器出水進(jìn)一步處理，以消除NO2－對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的潛在威脅。上述生物脫氮新工藝都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即要求達(dá)到低濃度DO或厭氧的環(huán)境才有利于反應(yīng)的進(jìn)行，而這與養(yǎng)殖系統(tǒng)富氧環(huán)境相矛盾，故均應(yīng)進(jìn)行脫氧處理。